Las part¨ªculas de un sistema cu¨¢ntico pueden rejuvenecerse: ¡°?Hemos hecho realidad la ciencia ficci¨®n!¡±

Imagine que tiene 40 a?os o m¨¢s y quiere acudir a una cita con el estado que ten¨ªa hace 20. En el mundo f¨ªsico cl¨¢sico es imposible. En el cu¨¢ntico, el referido a las part¨ªculas subat¨®micas que subyacen en toda realidad, s¨ª lo es. Estas son las conclusiones de un estudio llevado a cabo por los espa?oles Miguel Navascu¨¦s y David Trillo, del Instituto de ?ptica Cu¨¢ntica e Informaci¨®n Cu¨¢ntica (IQOQI) de la Academia Austriaca de Ciencias (?AW), y el grupo de f¨ªsica experimental de la Universidad de Viena del que forma parte el austriaco ...

Imagine que tiene 40 a?os o m¨¢s y quiere acudir a una cita con el estado que ten¨ªa hace 20. En el mundo f¨ªsico cl¨¢sico es imposible. En el cu¨¢ntico, el referido a las part¨ªculas subat¨®micas que subyacen en toda realidad, s¨ª lo es. Estas son las conclusiones de un estudio llevado a cabo por los espa?oles Miguel Navascu¨¦s y David Trillo, del Instituto de ?ptica Cu¨¢ntica e Informaci¨®n Cu¨¢ntica (IQOQI) de la Academia Austriaca de Ciencias (?AW), y el grupo de f¨ªsica experimental de la Universidad de Viena del que forma parte el austriaco Philip Walther. Tres investigaciones te¨®ricas, publicadas en Physical Review X, Quantum y Arxiv, una aceptada por Physical Review Letters y a¨²n no divulgada, y otra experimental, recogida en ?ptica, prueban que es posible ¡°acelerar, desacelerar e invertir el flujo del tiempo dentro de sistemas cu¨¢nticos arbitrarios, incluso no controlados¡±. Estos singulares procesos f¨ªsicos, capaces de trastocar el transcurso normal del tiempo, son universales: tienen el mismo efecto sobre todas las part¨ªculas, independientemente de su naturaleza y de la forma en que interact¨²an con otros sistemas.

Todo lo que percibimos responde a unas leyes que aprendemos en el colegio y que, sin embargo, todos los investigadores de f¨ªsica cu¨¢ntica coinciden en que no explican el mundo subat¨®mico, el que conforma toda realidad en sus niveles m¨¢s microsc¨®picos. En ese universo imperceptible se dan superposiciones (una part¨ªcula puede estar en un estado, en otro o en los dos a la vez), entrelazamientos (la acci¨®n sobre una part¨ªcula afecta instant¨¢neamente a la otra, incluso si est¨¢n separadas por grandes distancias), pseudotelepat¨ªas o teletransportaciones.

A esta contraintuitiva realidad frente a lo perceptible se une ahora la capacidad de rejuvenecer, de volver a un estado previo, seg¨²n ha demostrado el equipo austriaco y espa?ol. Miguel Navascu¨¦s recurre a un s¨ªmil anal¨®gico y comprensible para entender el hallazgo y el experimento que lo demuestra: ¡°En el cine [la f¨ªsica cl¨¢sica], una pel¨ªcula se proyecta de principio a fin, independientemente de la voluntad de la audiencia. En casa [en el mundo cu¨¢ntico], el control remoto nos da el poder de manipular el progreso de la pel¨ªcula. Podemos hacer que vuelva a una escena pasada o saltar varias escenas por delante¡±.

El equipo de la ?AW ha desarrollado un ¡°protocolo de rebobinado¡± que permite a una part¨ªcula cualquiera (electr¨®n, prot¨®n o muon, por ejemplo) volver a un estado previo. Lo demostraron te¨®ricamente, en especial gracias al trabajo de Trillo, que dio con una clave fundamental para resolver el problema, seg¨²n destaca Navascu¨¦s, y experimentalmente, sobre un fot¨®n que evoluciona al atravesar un cristal. El uso imaginativo de un dispositivo experimental conocido como ¡°interruptor cu¨¢ntico¡± permite que la part¨ªcula de luz vuelva al estado que ten¨ªa al comienzo de su viaje.

¡°Fue uno de los experimentos m¨¢s dif¨ªciles que hemos construido para un solo fot¨®n¡±, afirma Walther. ¡°Lo incre¨ªblemente interesante¡±, a?ade el f¨ªsico austriaco, ¡°es que [las part¨ªculas] pueden volver a un estado que ni siquiera conoces¡±, es decir, ¡°se puede ejecutar sin saber del sistema, su din¨¢mica interna o incluso los detalles de la interacci¨®n entre el sistema y el experimentador¡±, explican los investigadores.

El experimento, seg¨²n comenta Navascu¨¦s, parte de un planteamiento centenario de la teor¨ªa de la relatividad de Einstein: ¡°Un gemelo viaja al espacio a gran velocidad, mientras su hermano permanece en la Tierra. A la vuelta del primero, este habr¨¢ envejecido menos que el que se qued¨® aqu¨ª y el navegante afirmar¨¢ que el viaje en realidad llev¨® menos tiempo que el medido en la Tierra¡±. Seg¨²n explican en una de las investigaciones publicadas, este fen¨®meno relativista, aunque observable, es ¡°extremadamente poco pr¨¢ctico ¡ªse necesitan enormes cantidades de energ¨ªa o proximidad a un agujero negro para observar efectos significativos¡ª y limitado ¡ªse puede usar para desacelerar el flujo del tiempo, pero no para invertirlo o acelerarlo¡ª¡±.

Pero el equipo del f¨ªsico espa?ol quer¨ªa demostrar que ¡°estas limitaciones desaparecen cuando se abandona el reino de la f¨ªsica cl¨¢sica relativista y se entra en el reino de la mec¨¢nica cu¨¢ntica no relativista¡±.

Y lo han conseguido, seg¨²n explican los autores de los trabajos: ¡°Presentamos un mecanismo universal que, actuando sobre cualquier c¨²bit, lo propaga al estado que ten¨ªa un determinado tiempo antes de que comenzara el experimento¡±. A diferencia de los protocolos descubiertos anteriormente por el grupo, que solo funcionan con cierta probabilidad, el nuevo mecanismo tiene ¨¦xito siempre, exceptuando el caso de que el dispositivo experimental sea completamente ¡°invisible¡± para el c¨²bit. ¡°Respondemos as¨ª a la pregunta de si tales procesos est¨¢n permitidos por las leyes de la mec¨¢nica cu¨¢ntica¡±, afirman.

?Se puede trasladar la experiencia a sistemas mayores? El experimento se ha completado con part¨ªculas que pueden almacenar un bit de informaci¨®n. Con una persona, en teor¨ªa es posible, pero imposible e in¨²til llevarlo a la pr¨¢ctica. ¡°Si tuvi¨¦semos a una persona encerrada en una caja, sin influencia externa alguna, te¨®ricamente ser¨ªa posible. Pero con los protocolos que tenemos ahora, la probabilidad de ¨¦xito ser¨ªa muy, muy baja. Adem¨¢s, el tiempo que se necesita depende de la cantidad de informaci¨®n que puede almacenar el sistema y una persona, considerada como un sistema f¨ªsico, contiene una cantidad de informaci¨®n enorme. Habr¨ªa que esperar millones de a?os para conseguir que esta persona rejuveneciera menos de un segundo. No tiene sentido¡±.

El hallazgo no es una m¨¢quina del tiempo. Este transcurre igualmente y es el estado el que cambia. ¡°En part¨ªculas capaces de almacenar un solo bit de informaci¨®n, la misma cantidad de tiempo que quieres rebobinar el sistema tienes que utilizarla para actuar sobre el mismo¡±, aclara el f¨ªsico.

La misma norma rige para el caso del envejecimiento de una part¨ªcula, para adelantar el estado, para aplicar el avance r¨¢pido a la pel¨ªcula. Seg¨²n explica Navascu¨¦s, ¡°si quieres que un sistema envejezca diez a?os, en general vas a tener que esperar diez a?os. No se puede crear tiempo de la nada: para hacer que un sistema envejezca diez a?os en, digamos, un a?o, habr¨ªa que sacar los nueve a?os restantes de alguna parte¡±. Siguiendo esta intuici¨®n, los autores del estudio dieron con un truco que permite acelerar el paso del tiempo. ¡°Descubrimos que se puede transferir tiempo de evoluci¨®n entre sistemas f¨ªsicos id¨¦nticos. En un experimento de un a?o de duraci¨®n con diez sistemas, se puede robar un a?o a cada uno de los primeros nueve sistemas y d¨¢rselos todos al d¨¦cimo. Al cabo del a?o, el d¨¦cimo sistema habr¨¢ envejecido diez a?os; los otros nueve seguir¨¢n igual que cuando empez¨® el experimento¡±.

El hallazgo es importante porque a?ade una particularidad m¨¢s al mundo cu¨¢ntico, de cuya comprensi¨®n depende el conocimiento real del universo. Pero Philip Walther cree que tambi¨¦n tiene consecuencias pr¨¢cticas: ¡°Estamos convencidos de que esto tambi¨¦n tiene aplicaciones tecnol¨®gicas. Un protocolo de rebobinado en procesadores cu¨¢nticos, por ejemplo, puede usarse para revertir errores o desarrollos que no se desean¡±. ¡°Las investigaciones de seguimiento adicionales podr¨ªan incluir implementaciones no ¨®pticas del protocolo, as¨ª como extensiones a dimensiones m¨¢s altas¡±, a?aden los investigadores.

Navascu¨¦s no es tan optimista, y tiene sus dudas sobre la utilidad pr¨¢ctica del descubrimiento. Sin embargo, considera un ¨¦xito sin precedentes la investigaci¨®n realizada. ¡°?Hemos hecho realidad la ciencia ficci¨®n!¡±, exclama.

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