Avance cuántico allana el camino para crear el primer agujero de gusano experimental del mundo.

Un estudio reciente ha propuesto el primer modelo práctico para crear en el laboratorio un agujero de gusano que una el espacio de manera verificable, como una sonda del funcionamiento interno del universo.

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Utilizando la computación cuántica y los principios del entrelazamiento cuántico, el nuevo protocolo experimental podría finalmente permitir el transporte incorpóreo de cúbits desconocidos sin que un remitente o receptor tenga que intercambiar partículas.

El proceso suena como la teletransportación o la transferencia hipotética de materia o energía de un punto a otro sin atravesar el espacio físico. Sin embargo, a diferencia de la teletransportación, los investigadores dicen que su proceso no requiere un entrelazamiento compartido previamente o una comunicación clásica entre un remitente y un receptor.

El autor del estudio, el Dr. Hatim Salih, investigador honorario de los Laboratorios de Tecnología de Ingeniería Cuántica (QET) de la Universidad de Bristol y cofundador de la empresa emergente DotQuantum, ha denominado a este nuevo proceso «contraportación».

«Este es un hito en el que hemos estado trabajando durante muchos años», dijo el Dr. Salih. «Proporciona un marco tanto teórico como práctico para explorar de nuevo acertijos perdurables sobre el universo, como la verdadera naturaleza del espacio-tiempo».

Más allá de la ciencia ficción

Los físicos han propuesto durante mucho tiempo que podrían existir agujeros de gusano, o estructuras que conectan puntos dispares en el espacio-tiempo. A diferencia del concepto de viaje FTL (más rápido que la luz), los agujeros de gusano se basan en una solución especial de las ecuaciones de campo de Einstein y su existencia es consistente con la teoría general de la relatividad.

Algunos físicos teóricos prominentes, como el difunto Dr. Stephen Hawking y el Dr. Kip Thorne, incluso han argumentado que podría ser posible crear y estabilizar artificialmente un agujero de gusano atravesable que podría conectar puntos que están separados por miles de millones de años luz o incluso proporcionar el capacidad para viajar en el tiempo.

Sin embargo, hasta la fecha, nunca se ha observado ni verificado la aparición física real de un agujero de gusano.

Sea como fuere, el campo emergente de la computación cuántica ha permitido a los científicos comenzar a coquetear con ideas que, hasta este momento, se han restringido por completo a la ciencia ficción.

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Por ejemplo la teletransportación en el sentido que se muestra en Star Trek requerirá que el conjunto completo de constituyentes básicos, es decir, todos los átomos, estén presentes en el extremo receptor para que la información cuántica se codifique en él.

En cambio, el nuevo concepto de «contraportación» propuesto por el Dr. Salih en la vida real podría permitir la transferencia de información sin que este último requerimiento sea necesario.

«Si bien la contraportación logra el objetivo final de la teletransportación, es decir, el transporte incorpóreo, notablemente lo hace sin ningún portador de información detectable que viaje a través», remarcó.

Agujero de gusano verificable

El Dr. Salih dice que está trabajando con destacados expertos cuánticos para probar su teoría, incluida la construcción de un agujero de gusano verificable y observable en un entorno de laboratorio.

«El objetivo en un futuro cercano es construir físicamente un agujero de gusano de este tipo en el laboratorio, que luego se puede usar como banco de pruebas para teorías físicas rivales, incluso las de gravedad cuántica», señaló el experto.

«Este trabajo estará en el espíritu de las empresas multimillonarias que existen para presenciar nuevos fenómenos físicos, como el Observatorio de Ondas Gravitacionales con Interferómetro Láser (LIGO) y la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN), pero a una fracción del recursos. Nuestra esperanza es, en última instancia, proporcionar acceso remoto a los agujeros de gusano locales para físicos, aficionados a la física y entusiastas para explorar cuestiones fundamentales sobre el universo, incluida la existencia de dimensiones superiores».

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Entrelazamiento espacial de una sola partícula. Se considera un fotón colocado en una superposición de tomar dos caminos diferentes cerca de la orilla del río Nilo, por medio de un divisor de haz 50-50. Esto está dispuesto de tal manera que en un momento posterior el fotón está en una superposición de estar en el Valle de las Reinas y en el Valle de los Reyes. Dado que una descripción cuántica completa de cualquiera de los valles debe incluir la del otro, los dos valles se pliegan mecánica y cuánticamente. La contraportación se basa en la manipulación de tales entrelazamientos espaciales de una sola partícula en escenarios de autointerferencia cuidadosamente coreografiados. Crédito: Hatim Salih 2023 Quantum Sci. Technol. ​

Tan prometedor como suena, la idea de usar un agujero de gusano atravesable para «contratransportarse» a través del cosmos como el capitán Kirk, desafortunadamente, no es algo que probablemente veremos pronto. Y esto se debe a que el proceso requerirá desarrollar un tipo completamente nuevo de computadora cuántica.

«Si se va a realizar la contraportación, se debe construir un tipo completamente nuevo de computadora cuántica: una sin intercambio, donde las partes que se comunican no intercambian partículas», dijo el Dr. Salih.

«En contraste con las computadoras cuánticas a gran escala que prometen aceleraciones notables, que nadie sabe aún cómo construir, la promesa de las computadoras cuánticas sin intercambio, incluso de la escala más pequeña, es hacer posibles tareas aparentemente imposibles, como la contraportación, incorporando el espacio de manera fundamental junto al tiempo».

Si todo va como Hatim espera y finalmente se logra realizar un agujero de gusano creado en el laboratorio y demostrar el concepto de contraportación, los científicos dicen que esto proporcionaría una «pistola humeante» para la existencia de una realidad física dentro del funcionamiento interno del universo.

Fuente: http://bristol.ac.uk/news/2023/march/quantum-wormhole-media-release.html