Electrones pueden “regresar en el tiempo”, concluyen científicos

Los electrones, naturalmente son capaces de regresar a la posición en que se localizaban fracciones de segundo antes, así lo concluyó una serie de experimentos realizados en computadoras cuánticas por un grupo de científicos de Suiza, Rusia y Estados Unidos. Nuestra comprensión sobre la naturaleza del tiempo no ha cambiado mucho desde que Einstein demostró la íntima relación de éste con el espacio, originando un tejido referido como “espacio-tiempo”.

Electrones: viajeros naturales del tiempo.

Pero, más allá de las revelaciones postuladas en la relatividad general, como el hecho de que la gravedad es capaz de distorsionar dicho tejido, ahora la física cuántica dijo “sostén mi cerveza, es mi turno”. Expandiendo los límites de la comprensión en el área, este nuevo estudio determinó la probabilidad de que un electrón regresara en el tiempo. Y, por extraño que parezca, encontró que esto era posible.

Por supuesto, las cosas son mucho más complejas que el encabezado de esta publicación. Después de todo, como bien argumentaba el físico teórico Richard Feynman: «si usted piensa que entiende la mecánica cuántica… entonces usted no entiende la mecánica cuántica«. Así que lo mejor es tomarlo con calma para tratar de entender, en la medida de lo posible, este experimento. Un grupo interdisciplinario conformado por científicos del Instituto de Física y Tecnología de Moscú (Rusia), la Escuela Politécnica Federal de Zúrich (Suiza) y el Laboratorio Nacional Argonne (Estados Unidos) realizó una investigación de los fenómenos que sucedían al interior de una computadora cuántica.

Tomaron dos sistemas computacionales cuánticos para el análisis: uno simple con capacidad para ejecutar operaciones matemáticas a partir de dos qubit (bits cuánticos) y otro de mayor complejidad con tres qubits. Estos qubits son partículas que posibilitan la transmisión de información en esta clase de computadora, tomando en cuenta determinados parámetros físicos como la orientación en la rotación de los electrones o el sentido de la polarización en la luz.

Una mesa de billar cuántica.

El desarrollo del experimento puede entenderse como un juego de billar: en la primera fase, la del orden, todas las bolas se encuentran distribuidas sobre la mesa de forma tradicional, con la bola blanca cerca de un extremo y las demás próximas a la opuesta formando un triángulo. La siguiente fase es la degradación: de la misma forma que sucede con un tiro donde la bola blanca genera desorden o caos en la mesa, el algoritmo hizo lo mismo con los qubits, aunque de una forma controlada.

En la próxima etapa del experimento, el algoritmo empieza a reordenar los qubits recorriendo de forma inversa el camino generado por el caos, hasta regresarlos a su posición de origen, lo que comprende la tercera fase de regeneración.

El grupo de científicos encontró que el 85% de las veces, la computadora cuántica con dos qubits era capaz de recuperar su estado inicial. Sin embargo, con la computadora cuántica de tres qubits el porcentaje caía hasta un 50%, principalmente por la inestabilidad del rudimentario sistema.

De acuerdo con los expertos, el estudio tiene una aplicación práctica: mejorar el desempeño de las computadoras cuánticas. Aunque, desde un punto de vista teórico, los resultados son mucho más intrigantes.

Orden y caos.

Previo al experimento, los científicos habían determinado las probabilidades de que un electrón viajando libremente por el espacio regresara en el tiempo. Es decir, regresar naturalmente a la posición donde se encontraba una fracción de segundo antes. Y es que, para las leyes de la física, no hay diferencia entre pasado y futuro. Supongamos que solo hay dos bolas en la mesa de billar: una blanca y otra amarilla. Con la ecuación empleada, se pueden describir las trayectorias de ambas antes y después del tiro.

Al retroceder en el proceso, los dos tiros parecen plausibles. Pero, si esta bola blanca impacta contra la pirámide inicial donde se encuentra el resto de las bolas, la cosa cambia. Si tuviéramos la oportunidad ver una grabación de video de esta jugada con el efecto boomerang de Facebook, rápidamente sabríamos cuál es la real. Después de todo, ¿cómo sería posible para un jugador hacer que las bolas regresen a su formación triangular? Esto tiene que ver con un concepto intuitivo de la segunda ley de la termodinámica: un sistema aislado puede mantenerse estático o evolucionar a un estado de caos, siempre que sea sometido a una fuerza externa.

Por eso, en la realidad resulta imposible que veamos jugadas de esta clase, como tampoco vemos el café molido regresando a la cuchara o volcanes que hacen erupción al revés. Para las leyes de la física no existe nada impidiendo que esto suceda, solamente se trata de fenómenos a gran escala donde están involucradas escalas de tiempo muy grandes y una cantidad de partículas enorme.

Posibilidades ínfimas.

Pero, cuando se habla de un solo electrón viajando solo por el espacio, sin interferencia del mundo exterior, las reglas cuánticas se hacen presentes. Su movimiento evoluciona según la ecuación de Schrödinger: resulta imposible determinar su posición exacta, pero la mecánica cuántica nos posibilita a determinar la diminuta región donde se encuentra. Al paso del tiempo, esta región se va haciendo más grande, haciendo más caótico al sistema e incrementando la incertidumbre. La segunda ley de la termodinámica aplica desde un electrón hasta una mesa de billar.

En la ecuación de Schrödinger el pasado y el futuro también son irrelevantes. El efecto boomerang de Facebook tiene un equivalente matemático llamado conjugación compleja: bajo determinadas condiciones naturales, el electrón regresa a la posición que tenía en el pasado. Dicho fenómeno se manifiesta consecuencia de las fluctuaciones en la radiación cósmica de fondo, ondas reminiscentes del Big Bang que permean en nuestro universo. Y la probabilidad de que esto suceda es ínfima.

Si alguien observara las posiciones de 10,000 millones de electrones a lo largo de toda la existencia cósmica (13.7 mil millones de años, la evolución inversa del estado de una partícula sucedería una sola vez. Peor aún, solo regresaría al pasado diez trillonésimas partes de un  segundo. Pero, de cualquier forma, los investigadores demostraron que es posible. ¿Este será el camino para construir la máquina del tiempo?