Un ordenador cuántico logra la primera simulación de un ‘agujero de gusano’

Un ordenador cuántico ha logrado crear la primera simulación de un ‘agujero de gusano’, un puente entre dos regiones del espacio tiempo, dando un paso hacia la conexión de la gravedad con la física cuántica, dos descripciones del universo aparentemente incompatibles entre sí.

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.

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.

Un equipo encabezado por el Instituto Tecnológico de California (Caltech) de Estados Unidos ha desarrollado por primera vez un experimento cuántico para estudiar el comportamiento de un agujero de gusano holográfico (teórico) y sus resultados los publica este miércoles “Nature”.

Unificar la gravedad y la física cuántica

La demostración, realizada con el procesador Google Sycamore, representa un paso hacia la posibilidad de estudiar la gravedad cuántica en el laboratorio.

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.

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», ha explicado 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.

Teletransporte cuántico

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.