Cómo científicos lograron que el tiempo fluyera hacia atrás (con una computadora cuántica)

Por una fracción de segundo, lograron algo que parecía imposible.

Investigadores en el Instituto de Física y Tecnología de Moscú, MIPT por sus siglas en inglés, junto a científicos en Estados Unidos y Suiza consiguieron que una computadora cuántica revirtiera al estado que tenía una fracción de segundo en el pasado.

En otras palabras, lograron que, en ese dominio cuántico, el tiempo volviera hacia atrás.

El experimento parece contradecir una ley básica de la física, la segunda ley de la termodinámica.

"Esa ley está relacionada estrechamente con la noción del tiempo como una flecha que se mueve únicamente en una dirección, desde el pasado hacia el futuro", señaló Gordey Lesovik, científico del MIPT y autor principal del estudio publicado en la revista Scientific Reports.

"Hemos creado artificialmente un estado que evoluciona en una dirección opuesta a la de la flecha del tiempo de la termodinámica", agregó.

¿Por qué no vemos una erupción al revés?

¿Qué diferencia al futuro del pasado?

La mayoría de las leyes en física no distinguen entre el futuro y el pasado.

Podemos entender esto, señalan los investigadores, considerando una ecuación que describe el choque y rebote de dos bolas de billar.

Si grabáramos con una cámara el choque y luego viéramos la cinta en reverso, el movimiento en ambas direcciones podría ser representado por la misma ecuación.

Sin embargo, si imaginamos una grabación en la que se ve a las bolas dispersarse en todas las direcciones al ser golpeadas por un palo de billar, y vemos el filme al revés, nos parecerá improbable lo que vemos.

Y eso se debe a nuestra comprensión intuitiva de la segunda ley de la termodinámica, que señala que un sistema aislado o bien permanece estático o bien evoluciona hacia un estado más caótico, pero nunca a otro más ordenado.

La mayoría de las otras leyes de la física no impiden que las bolas se acomoden solas en un triángulo, o que el té difuso en una infusión fluya otras vez hacia la bolsa de té, o que la lava vuelva a un volcán en una erupción en reverso, señalan los científicos.

No vemos que nada de eso ocurra en el mundo que nos rodea, porque ello requeriría que un sistema aislado asumiera un estado de mayor orden sin ninguna intervención, algo que va en contra de la segunda ley de la termodinámica, una ley "cuya naturaleza íntima aún no ha sido explicada en detalle".

Bits cuánticos

Si no vemos que el tiempo fluya hacia atrás en el mundo observable, ¿cómo los científicos lograron que eso ocurra?

La "máquina del tiempo" usada por los investigadores es una computadora cuántica.

En la computación digital tradicional, un bit o unidad de información sólo puede tomar dos valores: 0 o 1.

En cambio, en la computación cuántica, se usan cúbits o bits cuánticos, que usan las propiedades increíbles de las partículas subatómicas.

Los electrones o los fotones, por ejemplo, pueden presentar dos estados a la vez, un fenómeno llamado superposición. Por ello un cúbit puede tomar el valor 0, 1 o 0 y 1 a la vez.

Como resultado, una computadora basada en cúbits puede hacer muchos más cálculos a mayor velocidad que una máquina convencional.

"Una patada a una mesa de billar"

Lesovik y sus colegas diseñaron un experimento ingenioso.

Usaron un programa que convierte el estado inicial de los cúbits en una computadora cuántica de IBM en un patrón cambiante y cada vez más complejo de ceros y unos.

En este proceso se pierde el orden, de la misma forma en que las bolas de billar formadas en un triángulo se dispersan cuando son golpeadas por otra bola impulsada por un palo de billar.

Otro programa modificó luego el estado de la computadora cuántica de tal forma que evolucionó hacia atrás, desde el caos hacia el orden.

En otras palabras, el estado de los cúbits volvió a su posición inicial.

El experimento equivale a "dar una patada a una mesa de billar para que las bolas se reacomoden nuevamente en su formación de triángulo", según los investigadores.

Aplicaciones

Los científicos encontraron que la computadora cuántica de dos cúbits regresaba a su estado inicial en el 85% de los casos. Pero cuando se usaron tres cúbits, la tasa de error fue del 50%.

Ello se debe a imperfecciones en el diseño de las computadoras cuánticas que en el futuro podrían ser superados, de acuerdo a los científicos.

El experimento está muy lejos de sugerir que podremos en un futuro viajar en el tiempo.

Pero sí podría tener aplicaciones prácticas.

"Nuestro algoritmo podría ser actualizado y usado para poner a prueba y eliminar errores en programas escritos para computadoras cuánticas", señaló Lesovik.

Los científicos podrían verificar que el software de una computadora cuántica está funcionando correctamente haciendo que vuelva hacia atrás en el tiempo.

Y cualquier avance en el desarrollo de computadoras cuánticas, el "santo grial" de la informática, podría tener consecuencias para todos.

Los informáticos aseguran que las computadoras cuánticas podrían acelerar el descubrimiento de nuevos medicamentos, descifrar los sistemas de seguridad criptográfica más complejos, ayudar a diseñar nuevos materiales y modelar en forma más precisa el cambio climático.