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Físicos teóricos describen un nuevo tipo de propiedades cuánticas del tiempo


Uno de los principios fundamentales de la mecánica cuántica es la superposición cuántica, en la que una partícula existe en dos o más estados simultáneamente. En un documento recién publicado, la científica de la Universidad de Queensland, Magdalena Zych y sus colegas de investigación muestran que las partículas no son los únicos objetos que pueden existir en un estado de superposición, por lo que también puede cronometrarse.

"La secuencia de eventos puede convertirse en mecánica cuántica", dijo el coautor del estudio, el Dr. Igor Pikovski, físico del Instituto de Tecnología Stevens.

"Observamos el orden temporal cuántico donde no hay distinción entre un evento que causa el otro o viceversa".

El trabajo del equipo es uno de los primeros en revelar las propiedades cuánticas del tiempo, en donde se muestra que el flujo del tiempo no sigue una "flecha recta hacia adelante", sino una en la que la causa y el efecto pueden coexistir tanto en la dirección hacia adelante como en la dirección hacia atrás. Esto por sí solo es un resultado alucinante en la forma más literal posible de la palabra.

Para la próxima era de las computadoras cuánticas, este trabajo es potencialmente prometedor: las computadoras cuánticas que explotan el orden cuántico de realizar operaciones podrían vencer a los dispositivos que operan utilizando solo secuencias fijas, es decir, podrían realizar todas las operaciones de forma simultánea a la misma vez.

El estudio

Para mostrar este escenario, los físicos fusionaron dos teorías aparentemente conflictivas; la mecánica cuántica y la relatividad general, para llevar a cabo un experimento de Gedanke, una forma de usar la imaginación para investigar la naturaleza de las cosas.

"El descubrimiento surgió de un experimento que diseñamos para reunir elementos de las dos grandes, pero contradictorias, teorías físicas desarrolladas en el siglo pasado", explicó la Dra. Zych.

"Nuestra propuesta buscaba descubrir: ¿qué sucede cuando un objeto lo suficientemente masivo como para influir en el flujo del tiempo se coloca en un estado cuántico?"

"La teoría de Einstein describe cómo la presencia de un objeto masivo ralentizaba el tiempo", agregó.

"Imagina dos naves espaciales a las que se les pide que se disparen entre sí a una hora específica mientras esquivan el ataque del otro. Si alguno dispara demasiado temprano, destruirá al otro".

"En la teoría de Einstein, un enemigo poderoso podría usar los principios de la relatividad general colocando un objeto masivo, como un planeta, más cerca de una nave para ralentizar el paso del tiempo".

"Debido al lapso de tiempo, la nave más alejada del objeto masivo disparará antes, destruyendo al otro".

“La segunda teoría, de la mecánica cuántica, dice que cualquier objeto puede estar en un estado de superposición. Esto significa que se puede encontrar en diferentes estados: piense en el gato de Schrodinger".

"Usando la teoría de la mecánica cuántica, si el enemigo pone al planeta en un estado de superposición cuántica, entonces el tiempo también debería ser interrumpido", dijo la Dra. Zych.

"Habría una nueva forma de desplegar el orden de los eventos, sin que ninguno de los eventos sea primero o segundo, sino en un estado cuántico genuino de ser primero y segundo, a la misma vez".

Conclusiones
"Aunque una 'superposición de planetas' nunca sea posible, la tecnología nos permitió realizar una simulación de cómo funciona el tiempo en el mundo cuántico, sin usar la gravedad", dijo el coautor del estudio, el Dr. Fabio Costa, de la Universidad de Queensland.

"Incluso si el experimento nunca se puede hacer, este estudio es relevante para las tecnologías futuras".

"Actualmente estamos trabajando en las computadoras cuánticas que, simplemente hablando, podrían saltar de manera efectiva a través del tiempo para realizar sus operaciones de manera mucho más eficiente que los dispositivos que operan en secuencia fija en el tiempo, tal como lo conocemos en nuestro mundo normal", concluye diciendo el investigador.

La física Zych y sus coautores de investigación proporcionan el primer análisis directo de las relaciones causales cuánticas, que surgen de una superposición espacial de un objeto masivo; muestran cómo el orden temporal entre eventos similares al tiempo puede superponerse o incluso enredarse.

Crédito de la imagen: Universidad de Queensland.

Referencia del documento teórico:
Magdalena Zych et al. 2019. Teorema de Bell para el orden temporal. Nature Communications 10, número de artículo: 3772; doi: 10.1038 / s41467-019-11579-x

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