Se pueden copiar datos cuánticos en un túnel del tiempo, sugiere un modelo teórico

Los viajes en el tiempo son uno de los más apasionantes sueños de la humanidad, aunque, evidentemente, constituyen un sueño inalcanzable por ahora. A pesar de ello, los científicos defienden su posibilidad, y se esfuerzan por producir modelos teóricos que la justifiquen.

El último de estos modelos ha sido presentado por un equipo internacional de científicos y supone la superación –teórica- de una de las paradojas de los viajes en el tiempo, el tema de la no-clonación de la información cuántica, pues señala que se podrían copiar datos cuánticos del pasado.

Los investigadores al cargo del presente estudio son Mark Wilde, de la Universidad Estatal de Louisiana (EEUU); Todd A. Brun, de la Universidad de California en los Ángeles; y Andreas Winter, del Grupo de Investigación Cuántica (GIQ) de la Universidad Autónoma de Barcelona.

La paradoja del abuelo

Meterse en una máquina del tiempo para aparecer en otro momento –pasado o futuro- de la historia no es tarea sencilla, a pesar de la cantidad de películas (como Regreso al futuro) que así lo han planteado.

Uno de los más serios problemas presentados por los viajes en el tiempo es la “paradoja del abuelo”, que
señala que si un viajero del tiempo fuera hacia el pasado y allí matase a su abuelo, con esta acción acabaría con la posibilidad de su propia existencia y, en consecuencia, con su viaje temporal.

En 2010, un científico del Instituto Tecnológico de Massachussets (MIT) llamado Seth Lloyd, dijo que este escollo podría superarse con un modelo de viaje en el tiempo “post-seleccionado”, que incluiría la posibilidad que presenta la física cuántica –gracias a su valor probabilístico- de desarrollar cálculos que ignoren ciertos resultados.

Esta postselección permitiría que sólo formasen parte de una ecuación específica aquellas variables que propician un resultado predeterminado. Es decir, que el viajero temporal no podría moverse a sus anchas por el pasado, sino que la máquina que lo trasladase estaría predeterminada para realizar ciertas acciones. De esta forma, se aseguraría la imposibilidad de que el viajero encontrase a su propio abuelo y lo asesinase, por ejemplo.

Otro físico de la Universidad de Oxford, además de pionero de la computación cuántica, llamado David Deutsch, también ideó una solución a esta complejidad de los viajes en el tiempo al proponer que el viajero temporal podría tener la mitad de probabilidades de matar a su abuelo y, por tanto, también la mitad de probabilidades de que éste se mantuviese con vida. En consecuencia, el viajero tendría la mitad de probabilidades de haber nacido –y de volver al pasado a matar a su abuelo-; y así terminaría la paradoja.

Copias inexactas

Más allá del galimatías del abuelo vivo o muerto, existen otras complicaciones para la concreción del viaje en el tiempo. En concreto, el del teorema de la no-clonación cuántica, introducido en 1982 por Wooters, Zurek y Dieks, que dice lo siguiente: no se pueden realizar copias de un estado cuántico desconocido de un sistema.

Dado que, por el famoso principio de incertidumbre de Heisenberg, sabemos también que no se pueden determinar simultáneamente ciertos pares de variables físicas, como la posición y el momento lineal de una partícula subatómica, resultaría imposible “clonar” estados cuánticos –esto es, trasladarlos a otros tiempos-.

En otras palabras, si sumamos el teorema de la no-clonación al de Heisenberg, jamás podríamos contar con una máquina Xerox subatómica que llevase las partículas con la posición y momento angular de un instante dado a otro instante.

“Siempre podremos coger un papel y copiar palabras en él. Es lo que llamamos la copia de datos clásicos”, explica Wilde en un comunicado de la Universidad de Louisiana.

“Pero no se pueden copiar de forma arbitraria los datos cuánticos, a menos que tomen la forma especial de los datos clásicos” (que implican una definición total). “Este teorema de la no-clonación es una parte fundamental de la mecánica cuántica que nos ayuda a razonar sobre cómo procesar datos cuánticos. Si no se pueden copiar los datos, entonces tenemos que pensar en todo de una manera muy diferente”, continúa el investigador.

Siguiente paso: repensar

Sin embargo, en 1991, David Deutsch sugirió que debería ser posible violar el teorema de la no-clonación cuántica. ¿Qué pasaría si una curva temporal cerrada (CTC) permitiera copiar datos cuánticos en muchos puntos distintos?, se preguntó.

Una CTC sería algo parecido a un circuito cerrado que se conecta de nuevo consigo mismo yendo hacia atrás en el tiempo. Por ejemplo, una CTC puede basarse en un agujero de gusano que conecta un lugar y un tiempo en el futuro con otro punto en un tiempo anterior.

Wilde y sus colaboradores desarrollaron teóricamente esta posibilidad en un artículo aparecido en Physical Reviews Letters: la idea de Deutsch que permitiría a una partícula –o a un viajero en el tiempo- que se hallase en una CTC hacer múltiples bucles hacia atrás en el tiempo.

En dicho modelo, una partícula que entrase en el bucle de la CTC seguiría siendo la misma cada vez que pasase por un punto determinado del tiempo. En otras palabras, mantendría consistencia a medida que retrocede temporalmente.

“En cierto sentido, esto permitiría copiar la información de la partícula en muchos puntos diferentes”, afirma Wilde, “porque la partícula está siendo enviada al pasado muchas veces. Es como tener múltiples versiones de la partícula disponibles”.

El problema surge cuando esa partícula (y sus copias) cambian el pasado, como señalaba el modelo de Deutsch. El modelo de Wilde y sus colaboradores, sin embargo, consigue también acabar con este problema, pues llega a una solución que implica copiar datos cuánticos de esa partícula sin alterar el pasado.

Al parecer, éste ha sido el mayor avance del modelo: haber averiguado qué condiciones iniciales tendría el bucle temporal para permitir extraer con eficacia muchas copias de datos cuánticos, sin alterar el pasado. “Simplemente funcionó”, asegura el investigador.

Peligro para la computación cuántica

Aunque aún existe controversia sobre estos resultados, que podrían violar tanto el modelo de Deutsch como la unitariedad cuántica (una restricción sobre la evolución permitida de sistemas cuánticos que asegura que la suma de las probabilidades de todos los posibles resultados de cualquier evento siempre es la misma: 1), Wilde señala que podrían ser importantes para una rama científica en desarrollo: la criptografía cuántica‎.

Si el teorema de no-clonación realmente pudiera ser violado, como el nuevo enfoque de Wilde sugiere, la posibilidad de copiar datos cuánticos del pasado resultaría significativa en este campo, porque podría permitir romper o “hackear” los protocolos de seguridad cuánticos.

“Si alguien con malas intenciones tuviera acceso a estos bucles de tiempo, podría romper la seguridad de la distribución de claves cuánticas”, afirma Wilde. Eso a pesar de que se considera que la comunicación cuántica es la manera más segura de comunicación.

Referencia bibliográfica:

Todd A. Brun, Mark M. Wilde, Andreas Winter. Quantum State Cloning Using Deutschian Closed Timelike Curves. Physical Review Letters (2013). DOI:10.1103/PhysRevLett.111.190401.