¿Los físicos crearon un agujero de gusano en el laboratorio? No del todo, pero un nuevo experimento insinúa el futuro de la simulación cuántica

Los científicos fueron noticia la semana pasada por lo que supuestamente generaron un agujero de gusano. Investigación, declarada en naturalezaimplica el uso de una computadora cuántica para simular un agujero de gusano en un modelo simplificado de física.

Poco después de que se corriera la voz, surgieron físicos y expertos en computación cuántica. Expresó dudas que ya se había creado un agujero de gusano.

La cobertura de los medios fue caótica. Los puntos de venta informaron que los físicos han creado El agujero de gusano teóricoa Agujero de gusano tridimensional O tal vez un Pequeño agujero de gusano dañadoY esta computadora cuántica de Google lo sugiere Los agujeros de gusano son reales. Otros medios proporcionaron estoicamente la noticia de que no, Los físicos nunca han hecho un agujero de gusano.

Si estás confundido, ¡no estás solo! ¿Que esta pasando?

Agujeros de gusano y enredos

El universo es vasto. Es tan grande que moverse de un lado a otro por medios convencionales no es práctico.

Los agujeros de gusano son una especie de escapatoria: atajos entre dos regiones del universo que pueden permitir viajar grandes distancias en un tiempo mucho más corto. La teoría de la relatividad de Einstein permite agujeros de gusano, pero nunca se ha encontrado ninguno en la naturaleza.

Más recientemente, los físicos juegas con la idea Que los agujeros de gusano están relacionados con otro fenómeno, conocido como entrelazamiento.

El entrelazamiento es un extraño fenómeno cuántico que involucra partículas. Cuando las partículas se enredan, la medida de una partícula parece afectar a la otra partícula instantáneamente. Este es el caso incluso cuando las dos partículas están tan separadas que la causalidad no es posible.

Algunos físicos han sugerido que un agujero de gusano podría ser solo una forma de describir un tipo particular de entrelazamiento cuántico. De ser cierto, crearía un vínculo entre dos teorías prominentes de la física: la mecánica cuántica y la relatividad general.

La relatividad general explica cómo funciona la gravedad y describe el universo a gran escala. La mecánica cuántica explica otras fuerzas fundamentales y describe el universo en escalas muy pequeñas.

Ambas son teorías muy exitosas. Sin embargo, aún no se han reconciliado en una teoría unificada.

Una teoría unificada preservaría los conocimientos tanto de la mecánica cuántica como de la relatividad general y, al mismo tiempo, proporcionaría una descripción de cómo funciona la gravedad en el campo cuántico, algo que actualmente no comprendemos.

Dado que los agujeros de gusano son característicos de la relatividad general y el entrelazamiento es un sello distintivo de la mecánica cuántica, sus similitudes potenciales son intrigantes. Sugiere que las dos teorías, en algún nivel, describen lo mismo.

¿Gravedad cuántica en un chip?

¿Cómo vamos a buscar esta posible similitud entre los agujeros de gusano y el entrelazamiento?

Bueno, sabemos cómo entrelazar partículas experimentalmente. Hemos estado haciendo eso durante algún tiempo.

Entonces, podemos intentar construir un tipo específico de sistema cuántico: uno que pueda describirse usando la misma física que usamos para los agujeros de gusano. Si pudiéramos construir un sistema de este tipo en el laboratorio y se comportara como un agujero de gusano, respaldaría la idea de que el enredo y los agujeros de gusano son dos caras de la misma moneda.

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En las computadoras cuánticas, los componentes subyacentes se pueden poner en diferentes estados cuánticos que se pueden usar para realizar experimentos cuánticos. Entonces, al parecer, ofrecen la oportunidad de probar la relación entre los agujeros de gusano y el entrelazamiento.

Esta es probablemente la razón por la que se ha informado que los físicos usan una computadora cuántica para crear un agujero de gusano. Pero esto no parece ser lo que realmente sucedió, aunque no está claro entender por qué.

No es un agujero de gusano

Lo que han hecho los físicos es organizar los componentes básicos de una computadora cuántica en un estado cuántico específico. Luego pudieron transferir información de una parte de la computadora a otra a través del sistema cuántico.

El sistema cuántico y la forma en que se transmitió la información se pueden describir usando un modelo específico en física. De acuerdo con este modelo, el tipo de transferencia de información que tuvo lugar dentro de una computadora es descriptivamente similar a la forma en que algo pasa a través de un agujero de gusano.

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Sin embargo, el modelo utilizado tiene al menos dos límites.

Primero, parece hacer suposiciones poco realistas sobre la física de nuestro mundo. Postula, en particular, que el espacio-tiempo, la estructura del universo, tiene ciertas propiedades que puede no tener.

En segundo lugar, el modelo se ha simplificado para describir un sistema simple que se puede implementar utilizando una computadora cuántica. Este modelo simplificado puede ser físicamente inexacto.

Entonces, si bien podemos describir lo que sucedió dentro de la computadora como si fuera un agujero de gusano, usando algún tipo de modelo, no está claro si el modelo representa el mundo tal como lo conocemos.

Experimento y simulación

Algunos comentaristas han ofrecido una razón diferente para sospechar de la creación de un agujero de gusano: fue solo una simulación. como tal un crítico En otras palabras, considerar el sistema como un agujero de gusano «es como afirmar que jugar un portal de videojuegos implica crear un agujero de gusano real porque representa algo similar al concepto teórico en la pantalla».

Realmente deberíamos tener cuidado al sacar inferencias sobre la realidad a partir de simulaciones. Sin embargo, el aspecto cuantitativo de esta simulación hace que se parezca más a un experimento que a una simulación normal que podría ejecutar en una computadora normal.

Así que parece que la simulación podría decirnos legítimamente algo sobre el sistema cuántico que está simulando. Sin embargo, el problema sigue siendo que solo podemos interpretar el sistema como un agujero de gusano en un modelo físico específico y poco realista.

No hay agujeros de gusano, pero sigue siendo bastante impresionante.

Entonces, tal vez deberíamos sospechar que se pueden haber formado agujeros de gusano. Aún así, hay motivos para la admiración.

Por un lado, el equipo usó técnicas de aprendizaje automático para simplificar el modelo que estaban usando para simular de manera significativa.

Usar el aprendizaje automático para producir el modelo simplificado es excelente, y deberíamos esperar ver más usos del aprendizaje automático como este en el futuro.

También es significativo que se pueda usar una computadora cuántica para impulsar el tipo de experimento cuántico en cuestión. La posibilidad de hacerlo abre el camino para una mayor experimentación. Esto podría abrir un paradigma experimental que podría usarse para hacer avances en física.

También existe la posibilidad, aunque algo remota, de que se pruebe algún aspecto del modelo que se utilizó para describir el sistema cuántico. Esto puede conducir al descubrimiento de una relación entre el entrelazamiento cuántico y los agujeros de gusano en el futuro.

Pero esto sigue siendo muy especulativo.