Un ordenador cuántico simula por primera vez un agujero de gusano: un puente teórico del espacio-tiempo

• El experimento recrea en parte lo que podría ocurrir si una información lo atravesara
• Los investigadores aseguran que servirá para probar las teorías de la gravedad cuántica

Ilustración de un agujero de gusano en el espacio

Un ordenador cuántico ha simulado por primera vez un agujero de gusano, ese puente entre dos regiones del espacio-tiempo que, aunque su existencia no está comprobada, es compatible con la Teoría de la Relatividad. El experimento ha recreado en parte lo que podría ocurrir si una información lo atravesara.

Así, el equipo de investigadores, liderado por el Instituto Tecnológico de California (Caltech) en Estados Unidos, ha podido observar algunas de sus dinámicas a través de esta simulación holográfica y, por lo tanto, teórica, cuyos resultados se han publicado este miércoles en la revista Nature.

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. Sin embargo, en 2017 se ideó un escenario en el que una energía repulsiva negativa puede mantenerlos abiertos el tiempo suficiente para que algo pase de un extremo a otro.

Los experimentos ofrecen una primera demostración de la posible viabilidad futura del uso de ordenadores cuánticos para probar las teorías de la gravedad cuántica.

Tras la gravedad cuántica

El experimento cuántico, realizado con el procesador Google Sycamore, representa un paso hacia la posibilidad de estudiar la gravedad cuántica en el laboratorio. No supone la creación de un agujero de gusano real, es decir, no existe una ruptura en el espacio y el tiempo, según han precisado los investigadores, pero permite sondear las conexiones entre los agujeros de gusano teóricos y la física cuántica.

Se camina así hacia la denominada gravedad cuántica, 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. Además, 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.

Un nuevo y "potente" campo de pruebas

"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", ha explicado Maria Spiropulu, investigadora de Caltech y autora principal del estudio.

De acuerdo con la investigadora, esto supone “un paso hacia un programa más amplio de pruebas de la física de la gravedad cuántica utilizando un ordenador cuántico”. No puede sustituir a los sondeos directos de la gravedad cuántica, pero “ofrece un potente banco de pruebas" para ejercitar algunas de sus ideas.

Si un cúbit cruzara un agujero de gusano

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.

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.