¿Alguna vez has deseado poder retroceder en el tiempo y cambiar tus decisiones? Si tan solo el conocimiento de hoy pudiera viajar en el tiempo con nosotros, podríamos alterar nuestras acciones a nuestro favor. Por ahora, ese tipo de viajes en el tiempo es cosa de ficción, pero un trío de investigadores ha demostrado que manipulando el entrelazamiento cuántico se pueden, al menos, diseñar experimentos que lo simulen.
Escribiendo en Physical Review Letters, David Arvidsson Shukur del Laboratorio Hitachi de Cambridge, Reino Unido; Aidan McConnell de la Universidad de Cambridge, Reino Unido; y Nicole Yunger Halpern del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) de EE. UU. y la Universidad de Maryland proponen una configuración en la que un experimentador envía información al pasado para cambiar retroactivamente (en efecto) sus acciones de una manera que produzca mediciones óptimas. Curiosamente, el trío revela que este tipo de viajes en el tiempo simulados en sistemas entrelazados pueden facilitar ventajas físicas que serían imposibles de lograr en sistemas puramente clásicos.
La ciencia de las mediciones cuánticas.
Si bien el viaje real hacia atrás en el tiempo es hipotético, se han propuesto y desarrollado versiones de la mecánica cuántica. simulado experimentalmente. Un ingrediente crucial de estas simulaciones es la teletransportación, en la que un estado del paso intermedio del experimento se envía efectivamente de vuelta al principio. Para que esto sea posible, los estados deben estar entrelazados. En otras palabras, deben compartir un tipo de conexión cuántica que surge entre dos (o más) partículas de modo que el estado de una no pueda definirse independientemente del de las otras.
Dado que estas simulaciones de viajes en el tiempo se basan en la mecánica cuántica, permiten a los investigadores plantear preguntas significativas sobre la naturaleza y las ventajas, si las hay, de los sistemas cuánticos. En el nuevo trabajo, Arvidsson-Shukur, McConnell y Yunger Halpern hacen precisamente eso al investigar qué ventajas pueden tener las simulaciones de viajes hacia atrás en el tiempo para metrología cuántica – un campo de la física que utiliza la mecánica cuántica para realizar mediciones de alta precisión.
Un problema típico de metrología cuántica consiste en estimar algún parámetro desconocido de un sistema o proceso utilizando sondas de mecánica cuántica. Una vez que las sondas están preparadas y hechas para interactuar con el sistema, la forma en que se transforma el estado de las sondas codificará información sobre el parámetro desconocido. El objetivo es aprender la mayor cantidad de información posible por sonda.
La medición postselectiva puede ayudar en esto. En este proceso, el experimentalista realiza una medición y luego, dependiendo del resultado, elige incluir o excluir ciertos resultados experimentales del análisis. Esto concentra la información aprendida por sonda.
Anteriormente, Arvidsson-Shukur, Yunger Halpern y sus colaboradores demostrado que en un sistema cuántico, elegir un estado óptimo de la sonda de entrada puede permitir a un experimentador obtener más información por sonda de la que es posible clásicamente. Sin embargo, normalmente el experimentador aprende qué estado de entrada habría sido óptimo sólo después de que se produce la interacción. En un escenario sin viajes en el tiempo, esto no sirve de nada.
Ventaja del viaje en el tiempo simulado
Sin embargo, si el experimentalista teletransporta el estado de entrada óptimo al pasado mediante la manipulación del entrelazamiento, el trío demuestra que esto podría producir nuevas ventajas operativas. En su propuesta, un experimentador prepara un par de bits cuánticos, o qubits, máximamente entrelazados, llamados A y C, más un qubit adicional como sonda. El objetivo es medir la fuerza de una interacción desconocida utilizando la sonda. Inicialmente, el experimentador desconoce el estado de entrada óptimo para A. En el primer paso, la sonda y el qubit A interactúan. La información sobre el parámetro desconocido de la interacción está codificada en el estado de la sonda. Sin embargo, en un paso intermedio, el experimentador mide el estado del qubit A. Esta medición revela información sobre el estado óptimo aún desconocido.
A continuación, el experimentador utiliza esta información para preparar un qubit D auxiliar en este estado óptimo. Luego, miden el estado conjunto de los qubits C y D. Si este estado conjunto no coincide con el estado conjunto inicial de A y C, la medición se descarta del análisis. Esto efectivamente selecciona casos en los que el estado D óptimamente preparado se teletransporta al estado original del qubit A. La teletransportación implica que cuando el experimentador mide la sonda, registra la ganancia de información óptima a pesar de que, inicialmente, no preparó la sonda en el estado óptimo. .
una guía steampunk a la física cuántica
Durante el experimento, el experimentador descartaría muchas mediciones que no coincidieran. Esto podría parecer costoso. Sin embargo, las mediciones que mantiene el experimentador (aquellas en las que la teletransportación tiene éxito) tienen una alta ganancia de información por sonda. En general, la información obtenida de unas pocas pruebas óptimas supera las pérdidas cuando se suma en múltiples ensayos.
Todavía se debate si viajar en el tiempo es físicamente posible o no. Sin embargo, los experimentadores pueden utilizar la mecánica cuántica y simular viajes en el tiempo en el laboratorio para realizar mediciones más precisas. Como concluyen Arvidsson-Shukur, McConnell y Yunger Halpern en su artículo: “Si bien las simulaciones [de viajes en el tiempo] no te permiten retroceder y alterar tu pasado, sí te permiten crear un mañana mejor solucionando hoy los problemas de ayer”.
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- Fuente: https://physicsworld.com/a/simulations-of-time-travel-send-quantum-metrology-back-to-the-future/
