Google ha simulado un agujero de gusano en un ordenador cuántico y no es como esperas

Hay palabras magnéticas para las mentes curiosas. Cuántico, agujero de gusano, simulación y holográfico son algunas de ellas y da la casualidad de que Nature acaba de publicar un artículo que las reúne a todas, como quien hace un bingo. Por supuesto, los medios han visto la oportunidad de pergeñar titulares en jerigonza científica. En ellos afirman todo aquello que pueda derivarse de permutar las palabras mágicas “ordenador cuántico”, “agujero de gusano” y “holográfico”, algunas con más tino que otras. Si nos fiamos de ellas es posible que pensemos que acaban de crear un agujero de gusano en un laboratorio, que vivimos en una simulación o, incluso, que la física está resuelta. Nada de esto es cierto y, en realidad, el valor de este estudio es, por ahora, mucho más sutil.

Si queremos hacernos una idea aproximada y tremendamente general, podríamos decir que, por primera vez, se ha simulado un agujero de gusano holográfico en un ordenador cuántico.Ahora bien, todo esto está cargado de palabras complejas que tal vez no conozcamos, así que, si queremos darle una vuelta más, podemos quedarnos con algo como que: una máquina parecida a los ordenadores pero que promete mucho más ha logrado representar digitalmente algunas características de una conexión entre dos puntos del espacio y el tiempo. A continuación desgranaremos todo esto un poco más, pero con esas ideas en mente será más difícil que nos confundan los titulares, porque no se ha creado material, es digital, como decimos, y tampoco se ha representado tal cual, sino de una forma muy concreta. Ahora sí, vayamos por partes.

Agujeros de gusano cuánticos

Los agujeros de gusano son regiones del espacio-tiempo conectadas entre sí y que se deducen de la relatividad general o, dicho como les gusta a los medios: predichas por Einstein. Esto significa que un objeto puede viajar de un “extremo” del agujero de gusano al otro sin pasar por el espacio que los separa. Ahora bien, se trata de objetos puramente teóricos, lo cual significa que, aunque son coherentes con lo que sabemos sobre el universo, nunca los hemos observado ni detectado. Dicho de forma más burda: son una especulación rigurosa, pero una especulación, al fin y al cabo. Para concretar un poco más, podemos decir que estas deformaciones del espacio tiempo están relacionadas con los agujeros negros, regiones muy densas del espacio tiempo que alteran su geometría, curvando el espacio tiempo a su alrededor.

Estos agujeros de gusano se estudian desde la física relativista, que estudia objetos muy masivos o que viajan a altísimas velocidades, pero hay otro universo diminuto del que se ocupa la física cuántica. Uno de los santos griales de las ciencias es obtener una teoría que permita explicar ambas escalas de forma unificada, una especie de gravedad cuántica. Pues bien, una de las formas en que los científicos exploran estos posibles puentes entre teorías es encontrar situaciones relativistas que guarden relación con otras cuánticas. Por ejemplo, esta propiedad de conectar dos puntos del espacio mediante un agujero de gusano (al menos una versión muy concreta de ellos) tendría cierta relación con el concepto de la teletransportación cuántica, en la que se envía información de una partícula a otra separada por la distancia que sea, en dos puntos del espacio (sin superar la velocidad de la luz). En realidad, esto de “enviar información” significa que las propiedades de una partícula, condiciona las propiedades de otra partícula alejada, aunque vinculada mediante lo que conocemos como “entrelazamiento cuántico” y así es como llegamos al mundo de lo diminuto.

Computación de matices

Un ordenador cuántico no es un ordenador o, al menos, no tiene casi nada que ver con los ordenadores a los que estamos acostumbrados. Si los ordenadores clásicos trabajan con esos famosos unos y ceros (que representan cuando pasa o deja de pasar electricidad por cada uno de sus pequeños transistores), los ordenadores cuánticos tienen unidades de procesamiento que pueden estar en cero y uno simultáneamente, lo cual permite trabajar con ceros, con unos y con todos los decimales que haya entre ellos. Puede parecer una diferencia sutil, pero permite que la capacidad de cálculo de los ordenadores cuánticos sea exponencialmente superior a la de los clásicos con un mismo número de bits (cúbits en los cuánticos). Por otro lado, esto significa que la manera en que trabajamos con ellos ha de cambiar por completo y hay que desarrollar nuevos algoritmos para resolver problemas con estos computadores.

Pues bien, más allá de su capacidad para calcular, los ordenadores cuánticos trabajan con sistemas cuánticos llenos de propiedades cuánticas, lógicamente. Eso significa que, si queremos simular la teletransportación cuántica, podemos hacerlo con gran facilidad porque es, precisamente, lo que está ocurriendo en sus piezas. Esto, abre las puertas a crear simulaciones de procesos cuánticos con ventajas que no nos podían ofrecer los ordenadores clásicos. Algunas han sido utilizadas para demostrar la superioridad de la computación cuántica para resolver determinados problemas pero, en este caso, la intención de los investigadores era otra.

Hologramas en la niebla

Si unimos las piezas, es posible que vayamos viendo el dibujo del puzle: si podemos tratar de simular procesos análogos para estudiar las relaciones entre la relatividad y la cuántica y resulta que los ordenadores cuánticos son especialmente interesantes para simular procesos cuánticos parece lógico que los investigadores han aprovechado la teletransportación cuántica en un ordenador cuántico para simular algunas características relativistas de un agujero de gusano. Esa es la idea y eso es lo que han hecho con un procesador conocido como Google Syacamore y, concretamente, 9 cúbits.

Aunque hay un detalle más, lo que los investigadores han representado no es exactamente un agujero de gusano, sino un agujero de gusano holográfico. El principio holográfico plantea, muy burdamente, que un espacio de tres dimensiones puede conocerse estudiando sus contornos de dos dimensiones. En palabras llanas podríamos decir que cabría deducir las características de una habitación tomando datos de sus paredes. En este caso, por lo tanto, no se simula un agujero de gusano necesariamente, sino sus límites. Ahora sí, más o menos en eso consiste la investigación. Y, para sorpresa de muchos, debemos subrayar que esta investigación no aporta información nueva sobre los agujeros de gusano.

La báscula y la esperanza

Salvando las enormes distancias, podríamos compararlo con tomar una báscula nueva y pesar en ella un paquete de arroz de un kilo. Sabemos que debe dar un kilo, no aprendemos nada nuevo sobre el arroz si lo comprobamos, sin embargo, es una forma de poner a prueba la nueva balanza y así saber cuán fiable es para pesar arroz, por ejemplo. Podríamos decir que eso es lo que pretende este estudio, poner a prueba estas simulaciones de la computación cuántica para saber si los métodos empleados son válidos. Por lo visto, así es en este caso, y eso abre nuevas puertas para estudiar aspectos de la física teórica empleando simulaciones de computación cuántica. Esto es algo especialmente relevante para los casos de hipótesis teóricas especialmente difíciles de comprobar en la práctica.

No obstante, esta puerta que tal vez se abra y que tan esperanzadora es, no está del todo clara. Habrá que seguir investigando para saber hasta qué punto este estudio está en lo cierto, si se pueden generalizar los resultados y por supuesto, ver qué implicaciones pueden derivarse de él. Por ahora, el valor de este estudio es la esperanza. Esperanza de que este tipo de simulaciones tengan futuro y que, la física teórica, pueda seguir avanzando.

QUE NO TE LA CUELEN:

• En palabras de Juan Ignacio Cirac, uno de los expertos en computación cuántica más importantes del mundo, “El experimento que se presenta en el artículo es todavía muy básico para poder responder esas cuestiones. Por ejemplo, el prototipo que utiliza no es más potente que los superordenadores que tenemos a nuestra disposición. Aun así, es un paso importante en esa dirección”. Así que, podemos y debemos interesarnos, pero no conviene que lancemos las campanas al vuelo.

REFERENCIAS (MLA):

• Jafferis, D., Zlokapa, A., Lykken, J.D. et al. Traversable wormhole dynamics on a quantum processor. Nature612, 51–55 (2022). https://doi.org/10.1038/s41586-022-05424-3