Científicos descubren la "inversión cuántica del tiempo"

Dos equipos distintos de investigadores han logrado casi a la vez el mismo resultado sorprendente: que un fotón, o partícula de luz, se mueva simultáneamente hacia delante y hacia atrás en el tiempo. Este descubrimiento, además de abrir la puerta a comprender mejor los mecanismos de la gravedad cuántica, podría aumentar enormemente la capacidad de procesamiento de los ordenadores cuánticos.

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Los investigadores describen este efecto como "inversión cuántica del tiempo" y para conseguirlo han producido un fotón utilizado dos principios de la mecánica cuántica —las reglas físicas que rigen el comportamiento de los átomos y las partículas subatómicas— la superposición cuántica y la conjugación de carga, inversión de la paridad y la inversión temporal (CPT). La superposición permite a las partículas existir en muchas versiones diferentes de sí mismas a la vez hasta que son observadas. La CPT establece que cualquier sistema que contenga partículas obedecerá las mismas leyes físicas aunque las cargas, las coordenadas espaciales y los movimientos en el tiempo de las partículas se inviertan como si las viéramos a través de un espejo.

A ambos lados de la flecha del tiempo

El fotón resultante parecía viajar simultáneamente a lo largo y en contra de la flecha del tiempo. "El concepto de flecha del tiempo da una palabra a la aparente unidireccionalidad del tiempo que observamos en el mundo macroscópico en el que vivimos", explica a Live Science, Teodor Strömberg, físico de la Universidad de Viena y uno de los autores de este descubrimiento. "En realidad, esto entra en tensión con muchas de las leyes fundamentales de la física, que en general son simétricas en el tiempo y que, por tanto, no tienen una dirección temporal preferente".

Ambos equipos de investigadores llevaron a cabo experimentos similares aunque independientes para demostrar este fenómeno. El fotón superpuesto se movía de forma normal por un camino a través de un cristal óptico, pero a la vez también configuraba otro camino para cambiar la polarización del fotón (hacia dónde apunta en el espacio) y se movía como si viajara hacia atrás en el tiempo.

Tras recombinar los fotones superpuestos enviándolos a través de otro cristal, los investigadores decidieron medir la polarización de los fotones y repetir el experimento en varias ocasiones. Como resultado encontraron un patrón de interferencia cuántica, un patrón de franjas claras y oscuras que sólo podía existir si el fotón se había dividido y se movía en ambas direcciones temporales.

Los dos equipos han compartido una preimpresión de sus resultados en sendos artículos publicados recientemente aquí y aquí, así que este descubrimiento todavía tiene que ser revisado por pares.

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Aunque, como aseguran los autores, estos experimentos se han llevado a cabo por pura curiosidad intelectual, los resultados han demostraron que las inversiones temporales pueden combinarse con puertas lógicas reversibles para permitir la computación simultánea en ambas direcciones, abriendo así la puerta a la creación de procesadores cuánticos con una potencia de cálculo muy superior a los modelos actuales.

Este descubrimiento, dicen, también puede tener aplicaciones teóricas. Entre ellas, apuntan, una futura teoría de la gravedad cuántica —teoría que uniría la relatividad general y la mecánica cuántica— que debería incluir partículas de orientaciones temporales mixtas como las de este experimento y podría permitir a los investigadores acercarse a algunos de los fenómenos del universo que todavía no entendemos.

"Una forma agradable de expresarlo es decir que nuestro experimento es una simulación de escenarios exóticos en los que un fotón podría evolucionar hacia delante y hacia atrás en el tiempo", explicó también a Live Science, Giulio Chiribella, físico de la Universidad de Oxford y autor principal del otro artículo. "Lo que hacemos es un análogo de algunos experimentos que simulan física exótica, como la física de los agujeros negros o los viajes en el tiempo".