Albert Einstein es justamente considerado uno de los físicos más impactantes de todos los tiempos. Desarrolló varias teorías de la relatividad que rigen el comportamiento de la materia en movimiento a velocidades tremendas y reimaginó la fuerza de la gravedad como la curvatura del espacio y el tiempo. Además, escribió abundantemente sobre las idiosincrasias de la mecánica cuántica, rechazándola como fundamentalmente incorrecta pero explorando las implicaciones de dicha teoría.
Aunque la reputación de Einstein como genio está asegurada, un poco de validación adicional nunca está de más, especialmente cuando se trata de una de las predicciones más exóticas de Einstein: los agujeros de gusano o túneles a través del espacio.
Un consorcio de investigadores de Caltech, Google, Fermilab, MIT y Harvard utilizó un dispositivo llamado procesador cuántico Sycamore para generar y controlar algo equivalente a un agujero de gusano. (El Sycamore es una computadora cuántica desarrollada por Google). ¿Cómo funciona esto? Se reduce a intrincadas interconexiones entre dos de las ideas de Einstein.
Agujeros de gusano y entrelazamiento cuántico
En 1935, Einstein trabajaba con su estudiante Nathan Rosen en encontrar maneras de convertir su teoría de la gravedad, conocida como la teoría de la relatividad general, en una teoría del todo. Un problema era que la teoría predecía infinitos en el centro de los agujeros negros. Estos infinitos surgían cuando la masa total de una estrella muerta colapsaba en un punto de tamaño cero, lo que se denomina singularidades.
Rosen y Einstein exploraron otras posibles soluciones, incluyendo el uso de matemáticas creativas para reemplazar dos singularidades con un tubo que las conectara. Estos tubos se llaman puentes Einstein-Rosen o, de manera más coloquial, agujeros de gusano. En principio, sería posible que un objeto ingresara por un agujero de gusano y saliera por el otro, aunque los extremos de los agujeros de gusano estuvieran separados por grandes distancias. El objeto habría viajado a través de dimensiones adicionales. Este trabajo se conoce como la teoría ER.
Los agujeros de gusano son favoritos de los escritores de ciencia ficción, ya que ofrecen la posibilidad de viajar más rápido que la luz. Las naves espaciales podrían recorrer grandes distancias en cero tiempo. Aunque existen muchos problemas prácticos para crear agujeros de gusano, uno especialmente importante es que son inestables a menos que se estabilicen con grandes cantidades de energía negativa.
En ese mismo año, Einstein y Rosen también abordaron un tema en la mecánica cuántica, esta vez con otro físico llamado Boris Podolsky. Este tema involucraba el entrelazamiento cuántico, que considera el comportamiento de dos objetos que estaban inicialmente en contacto entre sí, de modo que sus propiedades están entrelazadas. Aunque las propiedades de ninguno de los objetos estaban determinadas, lo cual es parte de la extravagancia de la mecánica cuántica, el hecho de que fueran opuestas entre sí se incorporaba desde el principio.
La complejidad radicaba en que, incluso si separabas los dos objetos por distancias enormes y medías las propiedades de uno de ellos, instantáneamente conocías las propiedades del otro, a pesar de que las propiedades de ninguno estaban determinadas hasta que se realizaba una medición. Esto se llamó el paradox EPR, por las iniciales de los investigadores.
ER = EPR
Tanto la teoría ER como el paradoxo EPR fueron considerados curiosidades durante mucho tiempo; sin embargo, fue en la última década cuando los científicos comenzaron a comprender que las dos ideas tenían conexiones más profundas. De hecho, ha quedado claro que las dos ideas son, en muchos aspectos, funcionalmente idénticas. Dos físicos, Juan Maldacena y Leonard Susskind, suelen ser mencionados como quienes realizaron contribuciones cruciales para darse cuenta de esto, y fue Maldacena quien acuñó la representación sucinta de la observación: "ER = EPR".
Si es cierto que ER = EPR, entonces estamos de suerte, porque, aunque no podemos crear y generar agujeros de gusano, ciertamente podemos realizar mediciones EPR. Hemos realizado mediciones de ese tipo durante décadas.
Los agujeros de gusano podrían ser reales
Aquí es donde entra en juego el nuevo anuncio. En un artículo en Nature, los investigadores desarrollaron un enfoque simplificado para el problema y modelaron el comportamiento del agujero de gusano en la computadora cuántica. Descubrieron que el resultado fue exactamente como se esperaba. Incluso pudieron simular condiciones en las que el agujero de gusano teórico estaba gobernado por energía positiva y negativa y descubrieron que, mientras que la opción positiva era inestable, la negativa era estable, tal como sugiere la teoría ER.
En la medida en que EPR y ER son matemáticamente iguales, este trabajo sugiere que los agujeros de gusano no son solo curiosidades teóricas.
Es importante señalar que los investigadores no generaron un agujero de gusano físico. No se transfirieron objetos a través de dimensiones adicionales. En cambio, lo que se demostró fue el comportamiento cuántico. Sin embargo, dado que las matemáticas de ER y EPR están profundamente entrelazadas, el nuevo resultado sugiere que los agujeros de gusano son al menos una posibilidad.
Gravedad cuántica
Las implicaciones más profundas de este trabajo radican en que brinda a los investigadores un laboratorio para explorar no solo la teoría ER y el paradoxo EPR, sino también una teoría llamada gravedad cuántica, que es la extensión de la gravedad al mundo de lo superpequeño. Una teoría exitosa de la gravedad cuántica ha eludido a la comunidad científica durante casi un siglo, por lo que esta nueva capacidad puede ayudar a iluminar un camino hacia adelante. De hecho, la computación cuántica ha proporcionado la capacidad para probar ideas que eran imposibles hace apenas unos años.
