Un equipo de investigadores ha creado un agujero de gusano holográfico y ha enviado un mensaje a través de él. Se trata del primer informe conocido de una simulación cuántica de un agujero de gusano holográfico en un procesador cuántico.
La teoría de la relatividad general de Einstein nos ayuda a entender el mundo físico, como los objetos astronómicos con altas energías o densidades de materia. La mecánica cuántica, en cambio, describe la materia a escala atómica y subatómica.
Sin embargo, las dos teorías son fundamentalmente incompatibles y el principio holográfico es una guía que puede ayudarnos a combinar ambas.
Según este principio, las teorías que incluyen tanto la mecánica cuántica como la gravedad pueden ser exactamente iguales a las que incluyen la mecánica cuántica pero no la gravedad. Esto se conoce como dual y tiene menos dimensiones que su contraparte gravitacional. Los investigadores utilizaron un ordenador cuántico para crear un holograma cuyo dual es un agujero de gusano.
La visión de Einstein sobre los agujeros negros
Para entender la importancia de esta investigación, hay que remontarse a las investigaciones de Einstein sobre los agujeros negros en el contexto de la relatividad general. Con su colaborador, Nathan Rosen, Einstein dijo que un agujero negro tenía una región interior de la que nada podía escapar, así como una región exterior, de la que todavía era posible escapar. La demarcación entre ambas se denominó horizonte de sucesos.
Lo que Einstein y Rosen comprendieron fue que un agujero negro no tenía sólo una región exterior, sino dos, que estaban conectadas por una especie de agujero de gusano que ahora se conoce como el puente de Einstein-Rosen. Sin embargo, Einstein no pensaba que se pudiera viajar de una región exterior a otra a través del agujero de gusano.
Aun así, si uno va desde una región exterior y cruza el horizonte de sucesos, todavía es factible interactuar (¡aunque sea muy brevemente!) con alguien que saltó desde la otra región exterior antes de encontrar su muerte.
El trabajo de Einstein en mecánica cuántica también habla del entrelazamiento cuántico, en el que los objetos de los sistemas cuánticos están vinculados de forma no clásica, aunque estén separados por grandes distancias.
En la época de Einstein, los conceptos de agujeros de gusano y entrelazamiento cuántico se consideraban separados, y este último no podía utilizarse para enviar mensajes. Ahora, las investigaciones realizadas a lo largo de los años apuntan a que los dos exteriores del agujero negro están conectados por el entrelazamiento cuántico y la imposibilidad de viajar de un exterior a otro se considera el dual holográfico de utilizar el entrelazamiento cuántico para enviar mensajes.
Un agujero de gusano emergente en una computadora cuántica. Crédito: Springer / Nature
Los investigadores plantean ahora que si se pudiera hacer interactuar los dos exteriores del agujero negro, también se podría utilizar para enviar un mensaje entre ellos. Esto ocurre porque durante la interacción de los exteriores el agujero de gusano se abre y se vuelve brevemente transitable.
Para demostrarlo, se podrían utilizar dos mitades de un ordenador cuántico en un estado de entrelazamiento tal que fueran el dual holográfico de los exteriores del agujero negro conectados por un agujero de gusano y enviando un mensaje a través de él.
El equipo de investigación dirigido por Maria Spiropulu, del California Institute of Technology, realizó esta simulación de un sistema cuántico compuesto por nueve bits cuánticos (qubits) y comprobó que el mensaje que enviaban a través de una mitad aparecía en la otra sin descifrar.
Como el sistema cuántico utilizado en el experimento es bastante pequeño, no nos enseña nada que no sepamos ni computa algo que no sea posible con la potencia de cálculo de que disponemos actualmente. Sin embargo, sienta las bases para futuros trabajos en esta dirección y nos ayudaría a probar las teorías de la gravedad cuántica, donde se pueden estudiar conjuntamente la relatividad general y la mecánica cuántica.
Los hallazgos de la investigación han sido publicados en la revista Nature.
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