Representación de un experimento cuántico que estudia los agujeros de gusano atravesables. / inqnet/A. Mueller (Caltech)

Ciencia | Física cuántica

Recrean un «agujero de gusano» con un ordenador cuántico por primera vez

La investigación da un paso más hacia la comprensión del universo y la unificación de las teorías de la relatividad general y de la mecánica cuántica

Elena Martín López
ELENA MARTÍN LÓPEZ Madrid

Un equipo de científicos de Estados Unidos ha conseguido realizar la primera simulación de un «agujero de gusano gravitacional» con un nuevo prototipo de ordenador cuántico. El avance es interesante porque constata que este tipo de computadoras más modernas pueden ayudarnos a responder cuestiones fundamentales, como el comportamiento los agujeros negros.

Los agujeros de gusano son una especie de atajos en el espacio-tiempo entre dos regiones muy alejadas del universo. Estas estructuras no se han detectado en nuestro universo, pero los científicos han teorizado sobre su existencia y propiedades durante casi 100 años. Fueron descritos por Albert Einstein y Nathan Rosen en 1935, de acuerdo con la teoría general de la relatividad de Einstein, que describe la gravedad como una curvatura del espacio-tiempo.

En 2017, los investigadores demostraron que esta descripción gravitacional de un agujero de gusano transitable es equivalente a un proceso conocido como teletransportación cuántica. La suma de la relatividad general, que estudia la materia desde su condición macroscópica, y de la mecánica cuántica, que la analiza desde su condición microscópica, dan lugar al universo. El problema es que son incompatibles, es decir, ni la mecánica cuántica funciona con objetos grandes, ni la relatividad general funciona cuando las masas son mínimas, por lo tanto, todavía no hay consenso sobre una teoría de la gravedad cuántica, que reconciliaría ambas perspectivas.

El experimento, publicado en la revista Nature, es un paso más hacia la posibilidad de estudiar la gravedad cuántica en el laboratorio y de unificar estas dos teorías. Para ello se ha utilizado el ordenador cuántico de Google, Sicomoro. «Este es el mismo ordenador con el que hace unos años ya se afirmó haber alcanzado la llamada supremacía cuántica, es decir, cálculos imposibles de realizar por un ordenador clásico», expresa Carlos Sabín, investigador Ramón y Cajal en el departamento de Física Teórica de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM), que no ha participado en el estudio, en declaraciones recogidas por el Science Media Centre España.

Un pequeño paso adelante

En este caso, no se han usado todas las posibilidades del ordenador, sino solo nueve cúbits -la unidad básica de información cuántica, equivalente al bit de nuestros ordenadores-. Aumentar el número de cúbits permitiría obtener más y mejores resultados del experimento, pero como los ordenadores cuánticos actuales todavía tienen unas probabilidades de cometer errores relativamente altas, los resultados dejarían de ser fiables.

Cabe destacar que en este experimento no se ha roto el espacio-tiempo ni se ha creado un agujero de gusano real. Es solo una analogía. Es decir, se ha recreado en el laboratorio lo que pasaría si un cúbit atravesase un agujero de gusano en un modelo de universo con gravedad. Cuando tengamos ordenadores cuánticos con probabilidades de error más bajas que puedan aportan resultados fiables para un número más alto de cúbits, los autores planean extender la investigación.

«Este trabajo constituye un paso hacia un programa más amplio de prueba de la física de la gravedad cuántica utilizando un ordenador cuántico», ha señalado Maria Spiropulu, investigadora principal perteneciente al Programa de investigación de la Oficina de Energía de Ciencias de Canales de Comunicación Cuántica para la Física Fundamental (QCCFP) de Estados Unidos y profesora de Física Shang-Yi Ch'en en Caltech. «La relación entre el enredo cuántico, el espacio-tiempo y la gravedad cuántica es una de las cuestiones más importantes en la física fundamental y un área activa de la investigación teórica. Estamos emocionados de dar este pequeño paso para probar estas ideas en hardware cuántico y seguiremos adelante«.