La primera simulación cuántica de un agujero de gusano: el puente entre espacio-tiempo

Un ordenador cuántico ha simulado por primera vez un agujero de gusano, ese mismo puente popularizado por las películas de la ciencia ficción que se usan para teletransportarse a través del espacio y el tiempo. En la realidad, su existencia no ha sido detectada nunca en nuestro Universo desde que Albert Einstein y Nathan Rosen las predijeran en 1935, pero un equipo de investigadores ha conseguido hacer una reproducción matemática de qué podría ocurrir si algún objeto la atravesara.

Un grupo de científicos liderado por el prestigioso Instituto Tecnológico de California (Caltech), ha logrado hacer la primera simulación de estos atajos gravitacionales, aunque sin crear una ruptura en el espacio-tiempo, a través de un prototipo simple de un ordenador cuántico, el procesador Google Sycamore. Los expertos han conseguido observar ciertas dinámicas de este complicado y confrontado sistema, incluyendo el traspaso de información entre ambos extremos del agujero de gusano, según el estudio publicado en la revista Nature.

Este hito permite abrir una nueva puerta a los enfoques para estudiar mejor el Universo, incluyendo la gravedad cuántica en el laboratorio. Es trascendental pues la teoría de la relatividad general de Einstein describe el mundo de la física a altas energías o densidades de materia, una visión macrocósmica; mientras que la mecánica cuántica de Max Planck describe la materia a escala atómica y subatómica. Ambas teorías son incompatibles por naturaleza, por lo que no hay consenso para explicar estos fenómenos.

Por ello surge la gravedad cuántica, un enfoque que reconciliaría las posturas de las principales teorías, describiendo objetos y dinámicas en las que los postulados de Einstein y Planck son relevantes, como el comportamiento de los misteriosos agujeros negros, estos cuerpos cósmicos de masa descomunal que lo atrapan todo en su interior, aunque nada puede escapar, ni siquiera la luz.

El 'principio holográfico'

Un agujero de gusano sería en principio un atajo a través del tejido del espacio-tiempo. También llamado puente de Einstein-Rosen, este cuerpo puede generarse cuando dos agujeros negros se entrelazan, pero según estos autores sería imposible transmitir información de un extremo a otro. De hecho, según apunta El Diario.es, “si dos personas intentasen cruzar por ese puente desde extremos distintos, no podrían llegar al otro lado, pero sí se encontrarían brevemente en el centro”.

Esto ocurriría, según El País, debido a que, en la singularidad del centro del agujero negro, la materia desaparece. No obstante, el mismo diario apunta a que los investigadores han inferido que si entre dos observadores situados a ambos extremos del agujero de gusano se establece una interacción convencional, de alguna de las fuerzas o campos de la naturaleza como la gravedad, “el agujero se abre de forma que sí puede ser atravesado”.

Para llegar a esta conclusión ha sido necesario comprender el principio holográfico, una idea que se perfila como la clave para entender los procesos internos de los agujeros de gusano. Según los expertos, este principio sostiene que lo que ocurre en un espacio tridimensional como nuestro Universo, o una habitación, puede ser estudiado a raíz de lo que sucede en sus límites o fronteras. Es como inferir lo que pasa dentro de la habitación si solo se estudian sus paredes.

Este principio explicaría de manera dual las dinámicas de la física, y serviría para reconciliar la mecánica cuántica con la teoría relativista, explicando que las propiedades macrocósmicas (Einstein) corresponderían a las paredes del Universo, que surgen de las características subatómicas (Planck) de lo que ocurre en su interior.

Ordenador cuántico

“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”. También apunta a que la simulación matemática que demostró que la información ingresada en el punto emisor salió por el receptor no puede comprobar a ciencia cierta y de manera tangible los efectos de la gravedad cuántica, pero “ofrece un potente banco de pruebas” para ampliar el conocimiento y futuras investigaciones con ordenadores con mayor potencia. @mundiario