En la Universidad de Aalto han usado una computadora cuántica de IBM para explorar un área de la física pasada por alto y han desafiado viejas nociones sobre la información a nivel cuántico.
Las reglas de la física cuántica, que gobiernan cómo se comportan las cosas muy pequeñas, utilizan operadores matemáticos llamados hamiltonianos hermitianos. Los operadores hermitianos han apuntalado la física cuántica durante casi 100 años, pero recientemente, los teóricos se han dado cuenta de que es posible extender sus ecuaciones fundamentales al uso de operadores hermitianos que no son hermitianos.
Las nuevas ecuaciones describen un universo con su propio conjunto peculiar de reglas: por ejemplo, al mirar en el espejo e invertir la dirección del tiempo, debería ver la misma versión de uno mismo que en el mundo real.
En su nuevo artículo, un equipo de investigadores dirigido por Docent Sorin Paraoanu utilizó una computadora cuántica para crear un universo de juguete que se comporta de acuerdo con estas nuevas reglas.
Los investigadores hicieron que los qubits, la parte de la computadora cuántica que realiza los cálculos, se comporten de acuerdo con las nuevas reglas de la mecánica cuántica no hermitiana. Demostraron experimentalmente un par de resultados emocionantes que están prohibidos por la mecánica cuántica hermitiana regular. El primer descubrimiento fue que la aplicación de operaciones a los qubits no conservaba la información cuántica, un comportamiento tan fundamental para la teoría cuántica estándar que da como resultado problemas actualmente sin resolver como la paradoja de la información del agujero negro de Stephen Hawking. El segundo resultado emocionante llegó cuando experimentaron con dos qubits entrelazados.
El entrelazamiento es un tipo de correlación que aparece entre qubits, como si tuvieran una conexión mágica que los hace comportarse sincronizados entre sí. Einstein se sintió incómodo con este concepto, refiriéndose a él como "acción fantasmagórica a distancia".
Bajo la física cuántica regular, no es posible alterar el grado de entrelazamiento entre dos partículas manipulando una de las partículas por sí sola. Sin embargo, en la mecánica cuántica no hermitiana, los investigadores pudieron alterar el nivel de entrelazamiento de los qubits manipulando solo uno de ellos, un resultado que está expresamente fuera de los límites de la física cuántica regular.
"Lo emocionante de estos resultados es que las computadoras cuánticas ahora están lo suficientemente desarrolladas como para comenzar a usarlas para probar ideas no convencionales que hasta ahora solo han sido matemáticas", dijo Sorin Paraoanu. "Con el presente trabajo, la 'acción fantasmagórica a distancia' de Einstein se vuelve aún más fantasmagórica. Y aunque entendemos muy bien lo que está sucediendo, todavía te da escalofríos".
La investigación también tiene aplicaciones potenciales. Varios dispositivos ópticos o basados en microondas novedosos desarrollados en los últimos tiempos parecen comportarse de acuerdo con las nuevas reglas. El presente trabajo abre el camino a la simulación de estos dispositivos en computadoras cuánticas. El estudio se publica en Communications Physics.
