Como una Alicia moderna, usa un espejo para ver agujeros de gusano para explorar el país de las maravillas cuánticas

Como una Alicia moderna, usa un espejo para ver agujeros de gusano para explorar el país de las maravillas cuánticas
Se podría simular el enlace agujero negro-entrelazamiento en el laboratorio, sugiere un nuevo documento
por Tom Siegfried

Los científicos están explorando la posibilidad de que un par de agujeros negros en el espacio podrían estar conectados por un agujero de gusano, un túnel del espacio-tiempo que podría estar relacionado con el misterio del enredo cuántico.

Si Lewis Carroll estuviera vivo hoy, no se molestaría con un espejo. Su libro se llamaría Alice Through the Wormhole. Siendo el matemático que era, Carroll (alias Charles Dodgson) se habría mantenido al día con los últimos avances en física cuántica. Sin duda, estaría intrigado por un nuevo artículo que describe una idea para la creación (o al menos la simulación) de un agujero de gusano en el laboratorio para probar las últimas ideas que unen los agujeros negros con la rareza cuántica. 

Carroll estaría particularmente feliz de ver que la pequeña Alicia había crecido para ser un físico cuántico, colaborando con alguien llamado Bob (cuyo precursor ficticio aún no se ha identificado). Alice y Bob son los investigadores (hipotéticos) primarios de misterios como la criptografía cuántica y el enredo cuántico. Son especialmente expertos en la teleportación cuántica, en la que la información necesaria para reconstruir una partícula cuántica puede ser transportada de un laboratorio (de Alice) a otro (de Bob). 

Crédito: Alamy Stock Photo

Teleportar una partícula cuántica (típicamente un fotón, una partícula de luz) está a unos cuantos siglos de ciencia de teletransportar al Capitán Kirk de la Enterprise a la superficie de algún planeta donde el peligro está al acecho. Pero ahora se está poniendo en práctica la base conceptual. De hecho, el nuevo artículo, publicado en el archivo en línea de física, propone un esquema que permite a Alice teletransportar a una persona (llamada Tom, por alguna razón) a Bob -a través de un agujero de gusano. 

Normalmente, los agujeros de gusano (si existen) conectarían distantes regiones del espacio-tiempo. No serían útiles para el viaje intergaláctico con el Hyperloop, ya que cualquier cosa que entrara en un agujero de gusano la haría colapsar. Pero mucho trabajo en los últimos años sugiere que tales túneles del espacio-tiempo podrían conectar dos agujeros negros, en cuyo caso el recorrido a través de ellos llega a ser pensable, aunque no física, emocional o económicamente factible. 

El viaje de agujero negro entre los agujeros negros es pensable debido a los enredos cuánticos, una de las especialidades de Alice y Bob. En un universo cuántico (como el que está viviendo), las partículas que interactúan pueden "enredarse" de tal manera que existen en un solo "estado cuántico". En tal estado, una medición realizada sobre una de las partículas puede revelar información sobre la otra partícula, no importa cuán lejos esté la segunda partícula. Esta conexión espeluznante es difícil de explicar. Algunas teorías parecen moderar el misterio al proponer que las partículas enredadas están conectadas por agujeros de gusano. 

En términos técnicos, esta conexión es designada por la "ecuación" ER = EPR. ER significa Einstein y Rosen, los dos físicos que escribieron el documento seminal que describe los agujeros de gusano (también conocidos como puentes de Einstein-Rosen). EPR significa Einstein, Podolsky y Rosen (sí, el mismo Rosen -y el mismo Einstein, por cierto), los tres físicos que escribieron un artículo que describía el enredo cuántico (principalmente para quejarse). 

Si la idea básica de ER = EPR es correcta, entonces podría muy bien ser posible que la gente viaje a través de agujeros de gusano, como el físico de Stanford Leonard Susskind (entre otros) ha discutido en una serie de documentos intrigantes. De hecho, sostiene Susskind, Alice y Bob podrían probar ER = EPR simplemente saltando en dos agujeros negros enredados, unidos por un agujero de gusano. Alice y Bob se encontrarían en medio del agujero de gusano, verificando así la teoría ER = EPR y ganándose Premios Nobel. Excepto por el ligero inconveniente de que no podrían salir del agujero de gusano (ni siquiera para enviar un mensaje), nadie sabría cómo iban las cosas una vez que Alice y Bob finalmente se reunieron en persona (o cómo se habían encontrado). Serían ocultados para siempre detrás de los horizontes de eventos de los agujeros negros, la superficie a través de la cual ninguna señal del interior puede escaparse. 

En su último artículo, sin embargo, Susskind y Ying Zhao, también de Stanford, ofrecen esperanza. Parece posible, dicen Susskind y Zhao, imitar los agujeros negros enredados en el laboratorio. Alice y Bob no tendrían que arriesgar su futuro -podrían enviar a Tom a través del agujero de gusano creado por el laboratorio para ver si sobrevivía. "La combinación de la teleportación cuántica con la idea de que los agujeros negros enredados están conectados por puentes Einstein-Rosen implica que ER = EPR podría ser probado en principio por observadores que nunca cruzan el horizonte", afirman Susskind y Zhao. 

Ok, Tom no es realmente una persona en este plan; él es apenas un símbolo para teleportar. Un teleportado puede ser simplemente un fotón, una partícula que contiene información cuántica que Alicia le gustaría enviar a Bob (tal fotón podría, por ejemplo, contener información importante para un cálculo que Bob está realizando). Alice no puede simplemente medir la información del fotón, escribirla y enviarla por correo electrónico a Bob. Mirar el fotón reduce los múltiples resultados posibles de medición a un solo estado definido (digamos, girar hacia arriba). Bob necesita una partícula que retenga los múltiples resultados posibles que hacen que la información cuántica sea tan rica. 

Toda la información cuántica de una partícula puede ser teletransportada, sin embargo, si Bob y Alice comparten un par de fotones previamente enredados. Alice permite que su fotón enredado interactúe con Tom (el fotón teleportista) y registra el resultado (¡este proceso DESTRUYE al teleportista!). Alice entonces llama a Bob o le escribe el resultado. Bob entonces puede realizar una operación en su fotón enredado, que tiene el efecto de restaurar a Tom a su estado original, trayéndolo de vuelta a la vida! (metafóricamente). 

Si ER = EPR tiene razón, Tom no ha muerto en realidad, sino que realmente viajó a través del agujero de gusano que conecta los fotones entrelazados de Bob y Alice. En una minuciosa demostración matemática, Susskind y Zhao describen cómo funciona esto. Un punto clave es que el proceso de teletransporte de información cuántica requiere la comunicación de información ordinaria a través de canales estándar: Para teletransportar un bit cuántico (o qubit) de información, Alice debe enviar a Bob al menos dos bits de información ordinaria por una señalización más lenta que la luz de algún tipo. Por lo tanto, no hay una acción fantasmagórica "instantánea" a distancia, como sugieren algunas interpretaciones erróneas comunes. 

Susskind y Zhao admiten que no es muy probable que Alice y Bob alguna vez se aventuren en el espacio para encontrar dos agujeros negros adecuadamente conectados, y mucho menos persuadir a alguien llamado Tom a venir. Sin embargo, es posible imaginar un facsímil de laboratorio de tal disposición de agujeros negros pareados. Quizás algunos inteligentes físicos de la materia condensada podrían idear dos "caparazones grandes de materia" que imitarían apropiadamente la geometría espacial gravitacional extraña necesaria para el trabajo. Estos caparazones estarían conectados por un agujero de gusano, de modo que Alice y Bob podrían saltar (tendrían que "fundirse con la materia que forma los caparazones") y encontrarse "en algún lugar fuera del espaciotiempo ordinario". Pero todavía no podrían informar a cualquier persona en el mundo exterior de su éxito. Alice tendría que inducir a Tom a fusionarse con una de las caparazones para poder teletransportar a Bob. 

"Cuando Tom salga de... la caparazón de Bob, recordará todo lo que encontró y podrá confirmar que realmente atravesó el agujero de gusano", sostienen Susskind y Zhao. 

Por otra parte (y esto parece más prometedor), dos computadoras cuánticas podrían ser enredadas para simular el viaje del agujero de gusano. Simular a una persona real requeriría computadoras cuánticas con capacidad de almacenamiento de memoria inimaginablemente enorme. Pero con una computadora cuántica de 100 qubit (mucho más grande que cualquier cosa disponible en los laboratorios de hoy, pero pensable), un teleportado de 10 qubits podría ser enviado a través del agujero de gusano. Pequeñas variaciones en el estado inicial del teleportista permitirían a los ordenadores detectar cómo reaccionaba a las condiciones en el agujero de gusano, proporcionando así las pruebas necesarias para verificar la existencia del agujero de gusano, confirmando que ER = EPR."No parece haber una obstrucción en principio a la teleportación de laboratorio a través del agujero de gusano", dicen Susskind y Zhao. "A primera vista esto parece algo fantástico, pero dado que el laboratorio forma parte de un mundo cuántico-gravitacional en el que ER = EPR, la conclusión parece inevitable". 

Como sería el libro posterior sobre la aventura. Olvídate de Alice. Se llamaría Tom a través del agujero de gusano. Alimenta tu cabeza con eso, Conejo Blanco.


 

https://www.sciencenews.org/blog/context/wormhole-black-hole-quantum-entanglement 

Modificado por orbitaceromendoza