La magia cuántica podría explicar el origen del espacio-tiempo

El espacio-tiempo no sería la última frontera del universo conocido: tiene algo más profundo que lo alumbra y lo sostiene que es la magia cuántica. Existe una conexión matemática entre la computación cuántica y los agujeros negros que podría explicar el origen del espacio-tiempo. Pura teoría.

Según un análisis matemático realizado por tres físicos de RIKEN, el Instituto de Investigación de Ciencias Naturales de Japón, una propiedad cuántica denominada "magia" podría ser la clave para explicar el origen del espacio-tiempo.

Kanato Goto, primer autor de esta investigación y su equipo, han encontrado una conexión matemática entre la propiedad cuántica de la "magia" y el caos de los agujeros negros que abre una nueva perspectiva para la comprensión del espacio-tiempo, según se informa en un comunicado. Los resultados de este trabajo se publican en la revista Physical Review D.

La magia cuántica es un recurso de la computación cuántica: mide lo difícil que es imitar un estado cuántico en un ordenador convencional (no cuántico) debido a la diferente naturaleza de ambos sistemas físicos.

Según la nueva investigación de RIKEN, con el espacio-tiempo pasaría lo mismo que con la computación cuántica: no sería la última frontera del universo conocido. Tiene algo más profundo que lo alumbra y lo sostiene que es la magia cuántica.

Salto en la comprensión del universo

Lo que aporta esta investigación es altamente significativo, ya que puede representar otro salto en la comprensión del universo como el que supuso hace 100 años trascender la visión newtoniana, según la cual el espacio es algo “siempre similar e inamovible” y el tiempo algo que “fluye equitativamente sin relación con nada externo”.

Einstein convirtió el espacio y el tiempo absolutos de Newton en una mezcla relativista: creó un modelo matemático que combina el espacio y el tiempo en un único continuo que integra ambos conceptos inseparablemente relacionados.

El análisis matemático de RIKEN va un poco más lejos porque, por primera vez, relaciona la naturaleza caótica de los agujeros negros con la propiedad computacional conocida como magia cuántica y arroja nueva luz sobre el posible origen del espacio-tiempo tal como lo planteaba Einstein.

Agujeros mágicos

Esta investigación ha determinado que lo que ocurre con los agujeros negros solo se puede explicar mediante la magia cuántica, es decir, mediante un proceso típicamente cuántico conocido como la superposición de estados.

La superposición cuántica ocurre cuando un objeto posee simultáneamente dos o más valores de una cantidad observable, como el pobre gato de Schrödinger: está vivo y muerto a la vez hasta que el físico austriaco abre la caja donde lo tiene encerrado y decide su suerte final solo con mirarlo.

Esta superposición de estados es el fundamento de la computación cuántica, que se basa en una unidad de información llamada cúbit (o bit cuántico) que, en vez de utilizar muchos unos y ceros, superpone ambos estados y consigue una potencia de procesamiento de información incomparable con la computación ordinaria.

El término de magia cuántica surgió precisamente para medir esa diferencia entre niveles de computación y está contenida en los cúbits que estructuran esta tecnología. Esta magia explicaría asimismo el origen del espacio-tiempo, según Goto.

Universo enlatado

Para llegar a esta conclusión, los físicos de RIKEN retomaron una idea propuesta en 2012 por el físico teórico Juan Maldacena, según la cual el espacio-tiempo es como una lata infinita que contiene en su interior cosas gravitacionalmente activas como los agujeros negros.

Esa lata se sostiene por la fuerza de estados cuánticos entrelazados que frecuentemente se describen como cúbits cósmicos: recorren todo el universo y serían los artífices de la magia cuántica.

Maldacena señaló que la teoría gravitacional que describe los agujeros negros y el espacio-tiempo dentro de esa lata es matemáticamente idéntica a la teoría cuántica, que se usa para describir las partículas elementales.

Sin embargo, los físicos de RIKEN consideran que el entrelazamiento cuántico de los cúbits cósmicos no puede explicar todas las propiedades de los agujeros negros ocultos en la lata cósmica. Esta discrepancia con Maldacena los llevó a su sorprendente descubrimiento.

Alternativa cuántica

Recurrieron a otra cantidad cuántica que pudiera aplicarse al sistema del universo enlatado de Maldacena y que también pudiera describir los agujeros negros de manera más completa.

De esta forma descubrieron que la "magia" que separa a un ordenador cuántico de uno convencional no solo está vinculada matemáticamente a la naturaleza caótica de los agujeros negros, sino que también está involucrada en el surgimiento del espacio-tiempo.

Todo esto es, de momento, pura especulación matemática, aunque hay que tener en cuenta que la especulación es el primer paso de la ciencia: ayuda a proponer hipótesis que futuros experimentos probarán si son o no verdaderas.

Referencia

Probing chaos by magic monotones. Kanato Goto, Tomoki Nosaka, and Masahiro Nozaki. Phys. Rev. D 106, 126009; 19 December 2022. DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevD.106.126009