Cómo las computadoras cuánticas podrían acabar con la flecha del tiempo

Una nueva técnica para la computación cuántica podría reventar todo nuestro modelo de cómo se mueve el tiempo en el universo.

Esto es lo que durante mucho tiempo pareció ser cierto: el tiempo funciona en una dirección. ¿La otra dirección? No tanto.

Eso es cierto en la vida. (El martes llega al miércoles, de 2018 a 2019, la juventud llega a la vejez). Y es cierto en una computadora clásica. Qué significa eso? Es mucho más fácil para un software que se ejecuta en su computadora portátil predecir cómo se moverá y se desarrollará un sistema complejo en el futuro que recrear su pasado. Una propiedad del universo que los teóricos llaman "asimetría causal" exige que se necesite mucha más información - y cálculos mucho más complejos - para moverse en una dirección a través del tiempo que para moverse en la otra. (Hablando en términos prácticos, avanzar en el tiempo es más fácil).

Esto tiene consecuencias en la vida real. Los meteorólogos pueden hacer un trabajo razonablemente bueno al predecir si lloverá en cinco días basándose en los datos del radar meteorológico de hoy. Pero pedirles a los mismos meteorólogos que averigüen si llovió hace cinco días utilizando las imágenes de radar de hoy. Esa es una tarea mucho más desafiante, que requiere muchos más datos y computadoras mucho más grandes. [Los 18 mayores misterios sin resolver de la física]

Los teóricos de la información sospecharon durante mucho tiempo que la asimetría causal podría ser una característica fundamental del universo. Ya en 1927, el físico Arthur Eddington argumentó que esta asimetría es la razón por la que solo avanzamos en el tiempo y nunca retrocedemos. Si entiende el universo como una computadora gigante que calcula constantemente su camino a través del tiempo, siempre es más fácil, menos intensivo en recursos, que las cosas fluyan hacia adelante (causa, luego efecto) que hacia atrás (efecto, luego causa). Esta idea se llama la "flecha del tiempo".

Pero un nuevo artículo, publicado el 18 de julio en la revista Physical Review X, abre la puerta a la posibilidad de que esa flecha sea un artefacto de computación de estilo clásico, algo que solo nos pareció el caso debido a nuestras limitadas herramientas..

Un equipo de investigadores descubrió que, en ciertas circunstancias, la asimetría causal desaparece dentro de las computadoras cuánticas, que calculan de una manera completamente diferente.A diferencia de las computadoras clásicas en las que la información se almacena en uno de dos estados (1 o 0), con las computadoras cuánticas, la información se almacena en partículas subatómicas que siguen algunas reglas extrañas y, por lo tanto, cada una puede estar en más de un estado al mismo tiempo. Y, lo que es aún más atractivo, su artículo señala el camino hacia la investigación futura que podría mostrar que la asimetría causal no existe realmente en el universo..

Como es que?

Los sistemas muy ordenados y muy aleatorios son fáciles de predecir. (Piense en un péndulo - ordenado - o una nube de gas que llena una habitación - desordenada). En este artículo, los investigadores observaron sistemas físicos que tenían un nivel de desorden y aleatoriedad de un rizo de oro, ni muy poco ni demasiado. (Entonces, algo así como un sistema meteorológico en desarrollo). Estos son muy difíciles de entender para las computadoras, dijo la coautora del estudio Jayne Thompson, teórica de la complejidad y física que estudia información cuántica en la Universidad Nacional de Singapur. [Física loca: las pequeñas partículas más geniales de la naturaleza]

A continuación, intentaron descubrir el pasado y el futuro de esos sistemas utilizando computadoras cuánticas teóricas (sin computadoras físicas involucradas). Estos modelos de computadoras cuánticas no solo usaban menos memoria que los modelos de computadora clásicos, dijo, sino que podían ejecutarse en cualquier dirección a través del tiempo sin usar memoria adicional. En otras palabras, los modelos cuánticos no tenían asimetría causal..

"Aunque es clásico, podría ser imposible que el proceso vaya en una de las direcciones [a través del tiempo]", dijo Thompson, "nuestros resultados muestran que 'mecánicamente cuántica', el proceso puede ir en cualquier dirección usando muy poca memoria".

Y si eso es cierto dentro de una computadora cuántica, eso es cierto en el universo, dijo..

La física cuántica es el estudio de los extraños comportamientos probabilísticos de partículas muy pequeñas, todas las partículas muy pequeñas del universo. Y si la física cuántica es cierta para todas las piezas que componen el universo, lo es para el universo mismo, incluso si algunos de sus efectos más extraños no siempre son obvios para nosotros. Entonces, si una computadora cuántica puede operar sin asimetría causal, entonces también puede hacerlo el universo..

Por supuesto, ver una serie de pruebas sobre cómo funcionarán algún día las computadoras cuánticas no es lo mismo que ver el efecto en el mundo real. Pero todavía estamos muy lejos de las computadoras cuánticas lo suficientemente avanzadas como para ejecutar el tipo de modelos que describe este artículo, dijeron..

Además, dijo Thompson, esta investigación no prueba que no haya ninguna asimetría causal en ningún lugar del universo. Ella y sus colegas demostraron que no hay asimetría en un puñado de sistemas. Pero es posible, dijo, que hay algunos modelos cuánticos muy básicos en los que surge cierta asimetría causal..

"Soy agnóstica en ese punto", dijo..

Por ahora.

El siguiente paso para esta investigación, dijo, es responder a esa pregunta: averiguar si existe asimetría causal en algún modelo cuántico..

Este artículo no prueba que el tiempo no exista, o que algún día seremos capaces de retroceder en él. Pero sí parece mostrar que uno de los bloques de construcción clave de nuestra comprensión del tiempo, la causa y el efecto, no siempre funciona de la manera que los científicos han asumido durante mucho tiempo, y es posible que no funcione de esa manera en absoluto. Lo que eso significa para la forma del tiempo, y para el resto de nosotros, sigue siendo una cuestión abierta..

El beneficio práctico real de este trabajo, dijo, es que en el futuro, las computadoras cuánticas podrían ser capaces de ejecutar fácilmente simulaciones de cosas (como el clima) en cualquier dirección a través del tiempo, sin serias dificultades. Eso sería un cambio radical con respecto al mundo actual del modelado clásico..

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