“Aseguran” haber invertido el tiempo usando una computadora cuántica violando la 2da ley de la termodinámica.

Investigadores del Instituto de Física y Tecnología de Moscú junto con colegas de los Estados Unidos y Suiza, asegurar haber devuelto el estado de una computadora cuántica una fracción de segundo hacia el pasado. También calcularon la probabilidad de que un electrón en el espacio interestelar vacío regrese espontáneamente a su pasado reciente.

Sin embargo ya hubo varias objeciones a las conclusiones Ver link al final.

Esto implica una violación de la segunda ley de la termodinámica. Esa ley está estrechamente relacionada con la noción de la flecha del tiempo que postula la dirección del tiempo en sentido único del pasado al futuro.

La mayoría de las leyes de la física no hacen distinción entre el futuro y el pasado. Por ejemplo, permiten que una ecuación describa la colisión y el rebote de dos bolas de billar idénticas. Si un primer plano de ese evento se graba con una cámara y se reproduce en reversa, todavía puede representarse con la misma ecuación. Además, no es posible distinguir de la grabación si ha sido manipulada. Ambas versiones parecen plausibles. Parecería que las bolas de billar desafían el sentido intuitivo del tiempo.

Sin embargo, imagine que graba las bolas de dispersándose en todas direcciones durante el proceso de apertura de una partida. En ese caso, es fácil distinguir el escenario de la vida real de la reproducción inversa. Lo que hace que esto último parezca tan absurdo es nuestra comprensión intuitiva de la segunda ley de la termodinámica: un sistema aislado o bien permanece estático o evoluciona hacia un estado de orden a caos y nunca al revés ya que requerirían que un sistema aislado asumiera un estado más ordenado sin ninguna intervención externa, lo que va en contra de la segunda ley.

Los físicos cuánticos de MIPT decidieron verificar si el tiempo podía revertirse espontáneamente al menos para una partícula individual y una pequeña fracción de segundo. Es decir, en lugar de chocar bolas de billar, examinaron un electrón solitario en el espacio interestelar vacío. Supongamos que el electrón está localizado cuando comencemos a observarlo. Esto significa que estamos bastante seguros de su posición en el espacio. Las leyes de la mecánica cuántica nos impiden conocerlo con absoluta precisión, pero podemos delinear una pequeña región donde el electrón está localizado. La evolución del estado electrónico se rige por la ecuación de Schrödinger. Aunque no hace distinción entre el futuro y el pasado, la región del espacio que contiene el electrón se expandirá muy rápidamente. Es decir, el sistema tiende a volverse más caótico. La incertidumbre de la posición del electrón está creciendo. Esto es análogo al creciente desorden en un sistema a gran escala, como una mesa de billar, debido a la segunda ley de la termodinámica.

Pero la ecuación de Schrödinger es reversible. Matemáticamente, significa que, bajo una cierta transformación denominada conjugación compleja, la ecuación describirá un proceso inverso a la de los electrones en una región más acotada del espacio.. Aunque este fenómeno no se observa en la naturaleza, en teoría podría ocurrir debido a una fluctuación aleatoria en el fondo cósmico de microondas que impregna el universo. El equipo se dispuso a calcular la probabilidad de observar un electrón localizándose espontáneamente en su pasado reciente. Resultó que incluso a lo largo de toda la vida del universo (13.800 millones de años), observando 10 mil millones de electrones localizados cada segundo, la evolución inversa del estado de la partícula solo sucedería una vez. E incluso en ese caso, el electrón no viajaría más que un simple diez mil millonésima de segundos hacia el pasado.

Los fenómenos a gran escala que involucran bolas de billar y volcanes se desarrollan obviamente en escalas de tiempo mucho mayores a billonésimas de segundos y cuentan con un número asombroso de electrones y otras partículas. Esto explica por qué no observamos tenemos de inversión temporal

Los investigadores luego intentaron revertir el tiempo en un experimento de cuatro etapas. En lugar de un electrón, observaron el estado de una computadora cuántica formada por dos y más tarde tres elementos básicos llamados qubits.

Etapa 1: Orden. Cada qubit se inicializa en el estado fundamental, denotado como cero. Esta configuración altamente ordenada corresponde a un electrón localizado en una pequeña región, o la pirámide de bolas de billar armadas antes de comenzar la partida.

Etapa 2: Degradación. La orden se pierde. Al igual que el electrón se difunde en una región cada vez más grande del espacio, o el arreglo inicial de bolas se rompe en la mesa de billar, el estado de los qubits se convierte en un patrón cambiante cada vez más complejo de ceros y unos. Esto se logra lanzando brevemente el programa de evolución en la computadora cuántica. En realidad, una degradación similar ocurriría por sí misma debido a las interacciones con el medio ambiente. Sin embargo, el programa controlado de evolución autónoma permitirá la última etapa del experimento.

Etapa 3: inversión de tiempo. Un programa especial modifica el estado de la computadora cuántica de tal manera que luego evolucione “hacia atrás”, desde el caos hacia el orden. Esta operación es similar a la fluctuación aleatoria del fondo de microondas en el caso del electrón, pero esta vez, se induce deliberadamente. Una analogía obvia para el ejemplo del billar sería que alguien le diera a la mesa una patada perfectamente calculada.

Etapa 4: Regeneración. Se lanza nuevamente el programa de evolución de la segunda etapa. Siempre que la “patada” se haya entregado con éxito, el programa no resulta en más caos, sino que rebobina el estado de los qubits en el pasado, de modo que un electrón difundido se relocalizaría o las bolas de billar volverían sobre sus trayectorias en reproducción reversa, eventualmente formando la pirámide inicial.

Los investigadores encontraron que en el 85 por ciento de los casos, la computadora cuántica de dos qubits volvió a su estado inicial. Cuando se involucraron tres qubits, ocurrieron más errores, lo que resultó en una tasa de éxito de aproximadamente 50 por ciento. Según los autores, estos errores se deben a imperfecciones en la computadora cuántica real. A medida que se diseñen dispositivos más sofisticados, se espera que la tasa de error disminuya. Curiosamente, el algoritmo de inversión de tiempo en sí mismo podría resultar útil para hacer que las computadoras cuánticas sean más precisas. El algoritmo podría actualizarse y usarse para probar programas escritos para computadoras cuánticas y eliminar el ruido y los errores.

https://phys.org/news/2019-03-physicists-reverse-quantum.html

Objeciones:

https://www.technologyreview.com/s/613123/no-ibm-didnt-just-reverse-time-with-a-quantum-computer/