El tiempo se diluye en el universo cuántico

La superposición cuántica es una de las extrañas propiedades del mundo subatómico que permite a las partículas elementales de la materia estar simultáneamente en dos lugares o estados diferentes.

Tal como explicamos en otro artículo, para explicar la superposición de estados, el físico Erwin Schrödinger imaginó en 1935 un gato encerrado en una caja junto a una botella de gas venenoso y un plato de comida. El gato puede jugar con el dispositivo venenoso y morir o tomar el alimento y vivir, con una probabilidad del 50% para cada opción.

Según el mundo cuántico, el gato está en realidad vivo y muerto a la vez, en una superposición de estados, hasta que un observador (el científico), abre la caja para ver lo que ha pasado y se produce un salto cuántico que concreta la suerte del gato.

El gato de Schrödinger es solo un experimento imaginario que explica lo que supuestamente ocurre en el universo cuántico.

Pero ahora, un grupo de físicos de la Universidad de Queensland, dirigido por Magdalena Zych, ha desarrollado otro experimento imaginario no menos sorprendente.

Ha descubierto que la superposición de estados no sólo es una propiedad de las partículas elementales, sino también del tiempo. Eso significa que no solo el gato de Schrödinger está vivo y muerto a la vez, sino que está tomando el alimento y el veneno al mismo tiempo en un bucle interminable.

Dinámica incomprensible

Es decir, según este nuevo experimento imaginario, el tiempo cuántico está también en una superposición de estados en la que el pasado, el presente y el futuro se funden, y en la que los procesos de causa y efecto se invierten, convirtiendo el efecto en causa y la causa en efecto indistintamente, en una dinámica incomprensible para los sentidos.

"La secuencia de eventos puede convertirse en mecánica cuántica", explica uno de los autores de esta investigación, Igor Pikovski, del Centro de Ciencia e Ingeniería Cuántica del Instituto de Tecnología Stevens, en un comunicado.

Y añade: “observamos el orden temporal cuántico, en el que no hay distinción entre un evento que causa el otro o viceversa. Al mismo tiempo, A puede causar B y B puede causar A, en un bucle cuántico que desdibuja las líneas de causa y efecto".

El trabajo, publicado en Nature Communications, se encuentra entre los primeros en revelar las propiedades cuánticas del tiempo.

Merced a estas propiedades cuánticas, el flujo del tiempo cuántico no sigue una flecha hacia el futuro, sino que está en un estado en el que la causa y el efecto pueden coexistir en una dirección que tanto avanza hacia adelante como retrocede hacia atrás (el pasado).

Superposición en el espacio

El experimento imaginario de este grupo de físicos no se desarrolla en una caja, sino que usa la imaginación para investigar qué pasaría con dos naves espaciales que estuvieran en la misma situación que el gato, es decir, afectadas por una superposición de estados.

En el primer momento del experimento imaginario, las dos naves acuerdan dispararse recíprocamente unos proyectiles y evitar daños. Y lo consiguen conviniendo los tiempos de los disparos: sabiendo cuándo va a disparar la otra nave, la atacada se desplaza un poco antes y escapa al proyectil. Si cualquiera de las naves dispara demasiado pronto, destruirá a la otra.

Hasta aquí, todo funciona tal como se desarrolla en el mundo ordinario. Pero los investigadores fueron más lejos e introdujeron en el experimento una teoría formulada por Einstein en 1915.

Según la relatividad general, la presencia de un objeto masivo ralentiza el flujo del tiempo, por lo que los investigadores imaginaron que colocaban un planeta cerca de una de las dos naves espaciales para ralentizar su flujo del tiempo.

Aunque conozca el momento en el que la otra nave va a efectuar el disparo, la nave cercana al planeta no evita su destrucción, ya que su tiempo ha dejado de coincidir con el de la nave atacante. Esa asincronía temporal, resultado de la relatividad general, habría acabado con una de las naves.

En la siguiente fase del experimento imaginario, los investigadores, en vez de introducir la relatividad general, recurrieron a la mecánica cuántica y pusieron al planeta en un estado de superposición de estados cerca de una de las naves.

Aspecto cuántico del tiempo

El resultado fue tan sorprendente como el que obtuvo Schrödinger hace casi 85 años: cerca de un planeta en superposición de estados, las dos naves son destruidas y sobreviven al mismo tiempo, porque la superposición del planeta se prolonga a la secuencia de ataques y desvíos programada por las dos naves.

En consecuencia, las naves estelares se destruyen y sobreviven simultáneamente en dos eventos separados,  ilustrando por primera vez cómo puede ocurrir este escenario cuántico y cómo puede verificarse científicamente.

"Mover planetas es difícil", dijo Pikovski. "Pero imaginarlo nos ayudó a examinar un   aspecto cuántico del tiempo que antes era desconocido", concluye.

Otro de los autores, Fabio Costa, de la Universidad de Queensland, añade a su vez: "Aunque una superposición de planetas nunca sea posible, la tecnología permitió una simulación de cómo funciona el tiempo en el mundo cuántico, sin usar la gravedad".

Y destaca la importancia del hallazgo para las tecnologías futuras: los ordenadores cuánticos pueden aprovechar esta particularidad del tiempo cuántico para realizar operaciones de manera mucho más eficiente que los ordenadores actuales, sometidos a la secuencia fija del tiempo ordinario.

Referencia

Bell’s theorem for temporal order. Magdalena Zych et al. Nature Communications, volume 10, Article number: 3772 (2019). DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-019-11579-x