Luz avanza y retrocede en el tiempo gracias a truco cuántico

Por primera vez, físicos han conseguido que un fotón (una partícula de luz) parezca moverse simultáneamente hacia delante y hacia atrás en el tiempo, lo que, según los científicos, podría ser útil para los cálculos de los ordenadores cuánticos y comprender más a fondo la gravedad cuántica.

La demostración, que no tiene una utilidad práctica inmediata y que no tiene conexión con el concepto popular en ciencia ficción de viajes en el tiempo o de comunicarse con el pasado, es un ejemplo claro de lo raro e intrigante del funcionamiento del tiempo a nivel cuántico.

"Salto temporal cuántico"

Dos grupos diferentes de físicos fueron quienes pusieron a prueba esta propiedad aparentemente contraintuitiva del mundo cuántico: al dividir un fotón, utilizando un cristal óptico especial, los físicos lograron lo que describen como un "salto temporal cuántico", en el que un fotón existe en ambos estados temporales, hacia delante y hacia atrás.

Aunque nuestro sentido nos dice que las cosas son de una solo manera o que, por ejemplo, el tiempo fluye en una dirección, las leyes de la física cuántica parecen no tener consideración alguna con lo que nosotros consideramos verdad. 

Superposición cuántica y la CPT

Así, según informa Live Science, el efecto descrito por los científicos es el resultado de la convergencia de dos extraños principios de la mecánica cuántica: la superposición cuántica, que permite a las partículas minúsculas existir en muchos estados diferentes, o versiones diferentes de sí mismas, a la vez, hasta que son observadas –como el experimento mental del gato de Schrödinger, en el que un gato está en una caja y se encuentra en un estado cuántico tanto vivo como muerto hasta que se abre la caja–; y la simetría de carga, paridad e inversión temporal (CPT), que establece que cualquier sistema que contenga partículas obedecerá las mismas leyes físicas aunque las cargas, coordenadas espaciales y movimientos en el tiempo de las partículas se inviertan como a través de un espejo.

Investigaciones recientes combinaron estas dos ideas y sugirieron que era posible tener fotones en una superposición de estados hacia atrás y hacia delante en el tiempo. Ahora, esa idea se ha demostrado experimentalmente. 

Los resultados de los experimentos gemelos (uno del 31 de octubre y otro del 2 de noviembre) han sido publicados en el servidor de preimpresión arXiv, lo que significa que los resultados aún no han sido revisados por pares.

"En cierto modo, se puede decir que la inversión cuántica del tiempo es el gato de Schrödinger para la dirección del tiempo", afirmó Giulio Chiribella, físico cuántico de la Universidad de Oxford, y autor principal de uno de los dos artículos, según recoge New Scientist.

"En lugar de estar vivo o muerto, se trata de avanzar o retroceder. Una partícula cuántica en superposición determina cuál de las dos es. Como el gato, acabarías en una superposición de avance y retroceso. Lo que también significa que no avanzas ni retrocedes en el tiempo. O que avanzas y retrocedes al mismo tiempo", agregó.

¿Cómo es posible ir hacia delante y hacia atrás en el tiempo?

El tiempo es una de esas cosas que son difíciles de entender. Y es que parece solo fluir en una dirección determinada, lo que se cree que se debe a que el tiempo está relacionado con el concepto de entropía, que, según la segunda ley de la termodinámica, siempre aumenta en un sistema aislado como el universo. Esto es lo que se conoce como "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 primer autor del otro artículo. 

"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", agregó.

En este sentido, según explica el mismo medio científico, mientras que la entropía es ante todo un concepto estadístico, y no se aplica a las partículas subatómicas individuales, lo que sí parece ser válido para todos los fenómenos físicos, y que hasta ahora sí se ha observado que se mantiene en todas las interacciones de partículas, es la simetría CPT (simetría de carga, paridad e inversión temporal). 

Así, las partículas que parecen avanzar en el tiempo son indistinguibles de las de un sistema reflejado de antipartículas que retroceden en el tiempo. Por ejemplo, la antimateria se creó con la materia durante el Big Bang y en realidad no retrocede en el tiempo; solo se comporta como si siguiera una flecha del tiempo opuesta a la de la materia normal.

En resumen, el reciente trabajo de los investigadores no nos permite cambiar el pasado. Sin embargo, podría tener algunas aplicaciones interesantes tanto reales como teóricas. Por ejemplo, en el desarrollo una futura teoría de la gravedad cuántica, que uniría la relatividad general y la mecánica cuántica, ya que esta debería incluir partículas de orientaciones temporales mixtas como las de este experimento.

Por otro lado, la investigación podría ayudar en el frente de los ordenadores cuánticos, especialmente cuando se trata de operaciones lógicas, la arquitectura crucial de los procesos informáticos. La capacidad de realizar volteos temporales cuánticos podría permitir mejores rendimientos y conmutar entradas y salidas.

Editado por Felipe Espinosa Wang.