Agencias/ Ciudad de México.- Un agujero de gusano es un puente entre dos regiones del espacio-tiempo y, aunque su existencia no se ha comprobado, es compatible con la Teoría de la Relatividad. La novedad es que un equipo ha podido observar algunas de sus dinámicas con una simulación holográfica gracias a un ordenador cuántico.
El experimento no ha creado un agujero de gusano real (una ruptura en el espacio y el tiempo), sino que permite a los investigadores investigar las conexiones entre los agujeros de gusano teóricos y la física cuántica, una predicción de la llamada gravedad cuántica. La gravedad cuántica se refiere a un conjunto de teorías que buscan conectar la gravedad con la física cuántica, dos descripciones fundamentales y bien estudiadas de la naturaleza que parecen inherentemente incompatibles entre sí.
“Encontramos un sistema cuántico que exhibe propiedades clave de un agujero de gusano gravitacional, pero que es lo suficientemente pequeño como para implementarlo en el hardware cuántico actual”, dice en un comunicado Maria Spiropulu, investigadora principal del programa QCCFP (Quantum Communication Channels for Fundamental Physics) y profesora de Física en Caltech.
“Este trabajo constituye un paso hacia un programa más amplio para probar la física de la gravedad cuántica utilizando una computadora cuántica. No sustituye a las pruebas directas de la gravedad cuántica de la misma manera que otros experimentos planificados que podrían probar los efectos de la gravedad cuántica en el futuro utilizando la detección cuántica, pero ofrece un poderoso banco de pruebas para ejercitar ideas de gravedad cuántica”.
Los agujeros de gusano son puentes entre dos regiones remotas en el espacio-tiempo. No se han observado experimentalmente, pero los científicos han teorizado sobre su existencia y propiedades durante cerca de 100 años. En 1935, Albert Einstein y Nathan Rosen describieron los agujeros de gusano como túneles a través del tejido del espacio-tiempo de acuerdo con la teoría general de la relatividad de Einstein, que describe la gravedad como una curvatura del espacio-tiempo. Los investigadores llaman a los agujeros de gusano puentes de Einstein-Rosen por los dos físicos que los invocaron, mientras que el término “agujero de gusano” fue acuñado por el físico John Wheeler en la década de 1950.
La noción de que los agujeros de gusano y la física cuántica, específicamente el entrelazamiento (un fenómeno en el que dos partículas pueden permanecer conectadas a través de grandes distancias), pueden tener una conexión fue propuesta por primera vez en una investigación teórica por Juan Maldacena y Leonard Susskind en 2013.
El presente trabajo explora la equivalencia de los agujeros de gusano con la teletransportación cuántica. El equipo dirigido por Caltech realizó los primeros experimentos que prueban la idea de que la información que viaja de un punto del espacio a otro puede describirse en el lenguaje de la gravedad (los agujeros de gusano) o en el lenguaje de la física cuántica (entrelazamiento cuántico).
El experimento, precisan los investigadores, no ha creado un agujero de gusano real (una ruptura en el espacio y el tiempo), sino que permite sondear las conexiones entre los agujeros de gusano teóricos y la física cuántica, una predicción de la llamada gravedad cuántica.
Scientists have, for the first time, developed a quantum experiment that allows them to study the dynamics, or behavior, of a special kind of theoretical wormhole.https://t.co/dh400x3Jx0
With funding from @ENERGY
— Caltech (@Caltech) November 30, 2022
La gravedad cuántica es una teoría física hipotética que trata de conectar la gravedad con la física cuántica, dos descripciones fundamentales y bien estudiadas de la naturaleza que parecen inherentemente incompatibles entre sí.
El principio holográfico es una forma de conectar diferentes teorías que podría ayudar a reconciliar la mecánica cuántica y la relatividad general, explicando la relatividad como emergente de la física cuántica en un sistema físico restringido.
“Hemos encontrado un sistema cuántico que presenta las propiedades clave de un agujero de gusano gravitacional y que, sin embargo, es lo suficientemente pequeño como para implementarlo en el ‘hardware’ cuántico actual”, explicó Maria Spiropulu, investigadora de Caltech y autora principal del estudio.
Este trabajo constituye “un paso hacia un programa más amplio de pruebas de la física de la gravedad cuántica utilizando un ordenador cuántico” que no sustituye a los sondeos directos de la gravedad cuántica, pero “ofrece un potente banco de pruebas” para ejercitar algunas de sus ideas, agregó.
La simulación se realizó con un ordenador cuántico formado por un circuito de nueve cúbits (bit cuántico), en el que un cúbit teletransportado a través del procesador muestra la misma dinámica que se esperaría si cruzara un agujero de gusano transitable.
Aunque la información cuántica puede transmitirse a través del dispositivo, o teletransportarse, de diversas maneras, se demostró que el proceso experimental es equivalente, al menos en algunos aspectos, a lo que podría ocurrir si la información viajara a través de un agujero de gusano.
Los experimentos ofrecen una primera demostración de la posible viabilidad futura del uso de ordenadores cuánticos para probar las teorías de la gravedad cuántica.
Los investigadores exploraron la equivalencia de los agujeros de gusano con el teletransporte cuántico y realizaron los primeros experimentos que indagan en la idea de que la información que viaja de un punto del espacio a otro puede describirse tanto en el lenguaje de la gravedad (los agujeros de gusano) como en el de la física cuántica (el entrelazamiento cuántico).
En el futuro, el equipo espera ampliar este trabajo a circuitos cuánticos más complejos. Aunque aún faltan años para que los ordenadores cuánticos sean auténticos, el equipo tiene previsto seguir realizando experimentos de este tipo en las plataformas de computación cuántica existentes.
Los agujeros de gusano o puentes de Einstein-Rosen se popularizaron en la ciencia ficción como una forma de viajar en el espacio-tiempo, pero la Teoría de la Relatividad dice que nada puede pasar a través de ellos.
While it’s no “cosmic subway” a la sci-fi films Contact or Interstellar, physicists today are celebrating a wormhole experiment! They have created the first quantum experiment that can observe traversable wormhole behavior. https://t.co/U0L7DncYm8
— Caltech (@Caltech) November 30, 2022
