Los físicos han utilizado la computadora cuántica Sycamore 2 de Google para simular el primer agujero de gusano holográfico y transportar información a través de él. Este último no fue creado por la gravedad, sino por entrelazamiento cuántico. Los detalles del estudio se publican en Nature.

El principio de los agujeros de gusano

Un agujero de gusano es un puente entre dos regiones del espacio-tiempo que teóricamente te permite pasar de una a otra en un tiempo más corto. La idea de estos todavía hipotéticos objetos, denominados “agujeros de gusano” por el físico John Wheeler en 1957, surgió del trabajo de Albert Einstein y su colega Nathan Rosen quienes demostraron en 1935 que la teoría de la relatividad general permitía conectar agujeros negros por puentes que pueden salvar grandes distancias.

Esta teoría tenía como objetivo proporcionar una explicación alternativa para las singularidades. Imagine regiones del espacio-tiempo, como el fondo de los agujeros negros, en las proximidades de las cuales ciertas cantidades que describen el campo gravitatorio se vuelven infinitas, cualquiera que sea el sistema de coordenadas elegido. Bajo estas condiciones, las ecuaciones de Einstein colapsan. Según Einstein y Rosen, si los agujeros de gusano existieran de alguna manera, entonces la relatividad general podría sostenerse.

Casi al mismo tiempo, Einstein, Rosen y su colega Boris Podolsky también escribieron otro artículo desacreditando las ridículas implicaciones de la mecánica cuántica. Según ellos, si las reglas de esta mecánica fueran ciertas, entonces las propiedades de dos partículas podrían estar indisolublemente unidas de modo que medir uno afectaría instantáneamente al otro, a pesar de que los dos estaban separados por una gran brecha. Este proceso, ahora conocido como entrelazamiento cuántico, fue burlado por Einstein. Sin embargo, desde entonces se ha observado el entrelazamiento cuántico. Incluso se usa comúnmente hoy en día.

La aversión de Einstein a la física cuántica podría haberlo cegado ante una idea potencialmente revolucionaria. ¿Qué pasaría si la relatividad general y la mecánica cuántica pudieran estar relacionadas? De hecho, esta hipótesis podría explicar ciertas observaciones realizadas en la frontera entre estos dos mundos, como en el interior de los agujeros negros.

El principio holográfico

Esta idea de una “teoría del todo” ha llevado a los físicos a idear todo tipo de modelos. Uno de ellos es el principio holográfico. Postula que el Universo es una proyección holográfica en 3D de procesos que tienen lugar en una superficie 2D distante.

Este modelo tiene sus raíces en el trabajo de Stephen Hawking en la década de 1970: si los agujeros negros realmente emitieran radiación de Hawking (radiación de partículas virtuales que aparecen al azar cerca de los horizontes de eventos), eventualmente se evaporarían, violando así una regla importante de la mecánica cuántica que la información no puede ser destruido.

Para resolver este problema, los defensores de la teoría de cuerdas (otra “teoría del todo”) utilizaron observaciones de que la información contenida en un agujero negro estaba relacionada con la superficie 2D de su horizonte de sucesos (el punto más allá del cual nada quiere escapar). En concreto, la información de una estrella colapsada en un agujero negro podría haber sido codificado en radiación de Hawking y enviado antes de la evaporación de dicho agujero negro.

Por extensión, algunos imaginaron que si toda la información de una estrella 3D pudiera representarse en un horizonte de eventos 2D, entonces quizás el Universo mismo (que tiene su propio horizonte en expansión) lo sea también, una proyección 3D de información 2D.

Desde este punto de vista, las dos teorías inconexas de la relatividad general y la mecánica cuántica finalmente podrían unirse, esta proyección holográfica del Universo brillando a partir de las interacciones de partículas diminutas en la superficie de menor dimensión de un horizonte distante.

Universo holográfico de agujero de gusano
Créditos: Pixabay

Formar un agujero de gusano cuántico

Para probar esta idea, los investigadores utilizaron la computadora cuántica sicomoro 2 de Google, desarrollando un modelo simplificado de un universo holográfico que contiene dos agujeros negros entrelazados cuánticamente en cada extremo. Después de codificar un mensaje de entrada en el primer qubit, los investigadores observaron cómo se codificaba el mensaje (un paralelo a ser tragado por el primer agujero negro) antes de salir intacto por el otro extremo.

Aquí, la experiencia fue realmente simplificada. Sin embargo, en términos prácticos, si tuviera dos computadoras cuánticas ubicadas en diferentes lados de la Tierra y mejorara un poco esa tecnología, entonces podría hacer un experimento muy similar donde la información cuántica desaparecería en un laboratorio y eventualmente reaparecería en el segundo. en el mismo orden en que entró. En otras palabras, la información codificada en este pequeño experimento se comportó de la misma manera que en el marco teórico de un agujero de gusano, agregando así peso al principio holográfico del Universo.

En el futuro, a los investigadores les gustaría diseñar experimentos de mayor complejidad, realizados con hardware más avanzado.