Una nueva técnica para la computación cuántica podría reventar todo nuestro modelo de cómo se mueve el tiempo en el universo.
Esto es lo que parece ser cierto: el tiempo funciona en una dirección. La otra dirección? No tanto.
Eso es cierto en la vida. (El martes llega al miércoles, de 2018 a 2019, los jóvenes a la vejez). Y es cierto en una computadora clásica. Qué significa eso? Para un poco de software que se ejecuta en su computadora portátil es mucho más fácil predecir cómo se moverá y desarrollará un sistema complejo en el futuro que recrear su pasado. Una propiedad del universo que los teóricos llaman "asimetría causal" exige que se requiera mucha más información, y cálculos mucho más complejos, para moverse en una dirección a lo largo del tiempo que en la otra. (Prácticamente hablando, avanzar en el tiempo es más fácil).
Esto tiene consecuencias en la vida real. Los meteorólogos pueden hacer un trabajo razonablemente bueno para predecir si lloverá en cinco días según los datos del radar meteorológico de hoy. ¿Pero pedirle a los mismos meteorólogos que averigüen si llovió hace cinco días usando las imágenes de radar de hoy? Esa es una tarea mucho más desafiante, que requiere muchos más datos y computadoras mucho más grandes.
Los teóricos de la información sospecharon durante mucho tiempo que la asimetría causal podría ser una característica fundamental del universo. Ya en 1927, el físico Arthur Eddington argumentó que esta asimetría es la razón por la que solo avanzamos a través del tiempo, y nunca hacia atrás. Si comprende el universo como una computadora gigante que calcula constantemente su paso por el tiempo, siempre es más fácil, menos intensivo en recursos, que las cosas fluyan hacia adelante (causa, luego efecto) que hacia atrás (efecto, luego causa). Esta idea se llama la "flecha del tiempo".
Pero un nuevo artículo, publicado el 18 de julio en la revista Physical Review X, abre la puerta a la posibilidad de que esa flecha sea un artefacto de la computación de estilo clásico, algo que nos parece ser el caso debido a nuestras herramientas limitadas.
Un equipo de investigadores descubrió que, en ciertas circunstancias, la asimetría causal desaparece dentro de las computadoras cuánticas, que calculan de una manera completamente diferente. A diferencia de las computadoras clásicas en las que la información se almacena en uno de dos estados (1 o 0), con las computadoras cuánticas, la información se almacena en partículas subatómicas que siguen algunas reglas extrañas y, por lo tanto, cada una puede estar en más de un estado al mismo tiempo. Y, aún más atractivo, su artículo señala el camino hacia futuras investigaciones que podrían mostrar que la asimetría causal no existe en el universo.
¿Cómo es eso?
Los sistemas muy ordenados y muy aleatorios son fáciles de predecir. (Piense en un péndulo - ordenado - o una nube de gas que llena una habitación - desordenada). En este documento, los investigadores analizaron los sistemas físicos que tenían un nivel de desorden y aleatoriedad de Ricitos de Oro: ni demasiado poco ni demasiado. (Entonces, algo así como un sistema meteorológico en desarrollo). Estos son muy difíciles de entender para las computadoras, dijo la coautora del estudio Jayne Thompson, una teórica de la complejidad y física que estudia información cuántica en la Universidad Nacional de Singapur.
Luego, trataron de descifrar los pasados y futuros de esos sistemas utilizando computadoras cuánticas teóricas (sin computadoras físicas involucradas). Dijo que estos modelos de computadoras cuánticas no solo usaban menos memoria que los modelos de computadora clásicos, sino que podían funcionar en cualquier dirección a través del tiempo sin usar memoria adicional. En otras palabras, los modelos cuánticos no tenían asimetría causal.
"Aunque es clásico, podría ser imposible que el proceso vaya en una de las direcciones", dijo Thompson a Live Science, "nuestros resultados muestran que 'mecánicamente cuánticamente', el proceso puede ir en cualquier dirección usando muy poca memoria".
Y si eso es cierto dentro de una computadora cuántica, eso es cierto en el universo, dijo.
La física cuántica es el estudio de los extraños comportamientos probabilísticos de partículas muy pequeñas, todas las partículas muy pequeñas en el universo. Y si la física cuántica es verdadera para todas las piezas que componen el universo, es cierto para el universo mismo, incluso si algunos de sus efectos más extraños no siempre son obvios para nosotros. Entonces, si una computadora cuántica puede funcionar sin asimetría causal, entonces también puede hacerlo el universo.
Por supuesto, ver una serie de pruebas sobre cómo las computadoras cuánticas funcionarán algún día no es lo mismo que ver el efecto en el mundo real. Pero todavía estamos muy lejos de las computadoras cuánticas lo suficientemente avanzadas como para ejecutar el tipo de modelos que describe este documento, dijeron.
Además, dijo Thompson, esta investigación no prueba que no haya asimetría causal en ninguna parte del universo. Ella y sus colegas demostraron que no hay asimetría en un puñado de sistemas. Pero es posible, dijo, que haya algunos modelos cuánticos muy básicos donde surja cierta asimetría causal.
"Soy agnóstica en ese punto", dijo.
Por ahora.
El siguiente paso para esta investigación, dijo, es responder esa pregunta: averiguar si existe asimetría causal en algún modelo cuántico.
Este documento no prueba que el tiempo no exista, o que algún día seremos capaces de atravesarlo. Pero parece mostrar que uno de los bloques de construcción clave de nuestra comprensión del tiempo, causa y efecto, no siempre funciona de la forma en que los científicos han asumido durante mucho tiempo, y podría no funcionar de esa manera en absoluto. Lo que eso significa para la forma del tiempo, y para el resto de nosotros, sigue siendo una pregunta abierta.
El beneficio práctico real de este trabajo, dijo, es que en el futuro las computadoras cuánticas podrían ser capaces de ejecutar fácilmente simulaciones de cosas (como el clima) en cualquier dirección a lo largo del tiempo, sin serias dificultades. Eso sería un cambio radical desde el mundo actual de modelado clásico.
