Visión general
Los viajes en el tiempo han cautivado durante mucho tiempo la imaginación humana, relegados al ámbito de la ciencia ficción y la fantasía. Sin embargo, los últimos avances de la física cuántica sugieren que, al menos a nivel cuántico, los efectos retrocausales -en los que sucesos futuros influyen en el pasado- podrían no sólo ser posibles, sino comprobables experimentalmente. El protocolo de teletransporte retrocausal, propuesto por investigadores de instituciones como el Laboratorio Hitachi de Cambridge, el Instituto Paul Scherrer y la Universidad de Maryland, representa un enfoque innovador para explorar estas paradojas temporales a través de la óptica de la mecánica cuántica.
Mientras que la física clásica presenta un universo determinista en el que la causa debe preceder al efecto, la mecánica cuántica y la teoría de la relatividad dibujan un panorama más matizado. En la teoría de la relatividad ya hay ejemplos conocidos, como los agujeros de gusano, que son soluciones válidas de las ecuaciones de campo de Einstein, y en la mecánica cuántica el estado no clásico del entrelazamiento cuántico -la «espeluznante acción a distancia» que preocupaba a Einstein-, que demuestra que los sistemas cuánticos pueden mantener correlaciones instantáneas a través del espacio y, potencialmente, del tiempo.
Quizá lo más intrigante sea que el protocolo sugiere que el entrelazamiento cuántico puede utilizarse para enviar información sobre la configuración óptima de las mediciones «hacia atrás en el tiempo», información que normalmente sólo estaría disponible una vez finalizado el experimento. Esta capacidad, aunque probabilística por naturaleza, podría revolucionar la informática cuántica y las técnicas de medición. Los recientes avances en el entrelazamiento híbrido multipartito sugieren incluso que estos efectos podrían conseguirse en condiciones reales, a pesar del ruido ambiental y las interferencias. La realización de una red computacional cuántica retrocausal de este tipo supondría, de hecho, la construcción de una máquina del tiempo, definida en general como un sistema en el que puede observarse con fiabilidad algún fenómeno característico únicamente de la violación de la cronología.
Este artículo explora los fundamentos teóricos, las propuestas experimentales, las mejoras significativas y las aplicaciones potenciales del protocolo de teletransporte retrocausal. Desde sus orígenes en la mecánica cuántica y la teoría de la relatividad hasta sus implicaciones para nuestra comprensión de la causalidad y la naturaleza del propio tiempo, examinamos cómo esta investigación de vanguardia desafía nuestras intuiciones clásicas al tiempo que abre nuevas posibilidades para la tecnología cuántica. Al profundizar en estos conceptos, veremos cómo la noción aparentemente fantástica del viaje en el tiempo encuentra una expresión sutil pero profunda en el reino cuántico, revolucionando potencialmente nuestro enfoque de la computación y la medición cuánticas, al tiempo que profundiza nuestra comprensión del tejido temporal del universo.
Introducción
La física clásica newtoniana presentaba una imagen del mundo predecible, determinista y, para algunos, hasta sensata. Los sistemas físicos y las interacciones entre partículas pueden explicarse mediante la fuerza, la masa (F = ma) y las leyes del movimiento de Newton. Además, una noción aparentemente de sentido común de la mecánica clásica es que existen relaciones causa-efecto muy definidas, en las que las cosas que suceden en el pasado determinan las condiciones presentes y nunca al revés. En la física clásica, esto permitiría, al menos en teoría, describir completamente el estado pasado y la trayectoria futura de un sistema con absoluta precisión extrapolando a partir de su configuración actual. Sin embargo, con la relatividad y la mecánica cuántica, lo que se denomina física no clásica, el comportamiento de la naturaleza se vuelve un poco más -digamos- «no lineal», e incluso dentro del modelo estándar algunas nociones clásicas asociadas a la mecánica newtoniana quedan obsoletas.
Una de estas situaciones son las llamadas curvas temporales cerradas (CTC), que son esencialmente «bucles» en el espaciotiempo que pueden surgir de forma natural de las ecuaciones de campo de Einstein (EFE) en determinadas circunstancias -por ejemplo, las CTC surgen de forma natural en la solución de Gödel de EFE- y describen una trayectoria (llamada línea del mundo en relatividad) que vuelve al mismo punto en el espacio y en el tiempo, describiendo de hecho una geometría del espaciotiempo que permite viajar en el tiempo o, como mínimo, perder la distinción causal de «antes» y «después» porque, como describió Einstein: «…la distinción ‘antes-después’ se abandona para los puntos del mundo que están muy alejados en un sentido cosmológico, y surgen esas paradojas, relativas a la dirección de la conexión causal, de las que ha hablado el Sr. Gödel» [1].
Así, vemos que las curvas temporales cerradas surgen con relativa facilidad en la relatividad y se predicen en los sistemas naturales, por ejemplo dentro de la ergosfera de los agujeros negros. Estos bucles causalmente ambiguos también surgen en la física cuántica porque el vacío cuántico es un estado enredado, con correlaciones no clásicas en las regiones espaciales y temporales. Esto significa conexiones no locales entre regiones causalmente separadas en el espacio y el tiempo, es decir, curvas temporales cerradas. Esto da lugar a efectos como la termalización de Unruh y la emisión de fotones desde el vacío-observada y medida recientemente-, que se produce porque el estado de vacío del campo electromagnético tiene entrelazamiento cuántico intrínseco entre estados pasados y futuros [2, 3, 4]. Esto plantea la pregunta: ¿puede utilizarse el entrelazamiento para influir en sucesos «pasados»?
El hecho de que los CTC se encuentren tanto en la relatividad como en la mecánica cuántica tiene una respuesta potencialmente directa, que puede hablar de la relevancia física de los bucles de tiempo cerrado en el espaciotiempo. La solución llega cuando nos damos cuenta de que el entrelazamiento cuántico -a veces denominado pares de Bello correlaciones Einstein-Podolsky-Rosen (EPR)- es una geometría espaciotemporal de múltiples conexiones, también conocidas como puentes Einstein-Rosen (ER) tales que ER=EPR [5] (una resolución a la paradoja EPR; propuesta por primera vez por Einstein, Podolsky y Rosen). Así pues, tanto la relatividad como la MC afirman que es posible viajar en el tiempo, siendo algunos efectos observables el resultado de conexiones no locales o «bucles» de entrelazamiento espaciotemporal, y aspectos tan fundamentales como la simetría temporal parecen requerir retrocausalidad [6, 7]. En 1991, el físico David Deutsch propuso un CTC cuántico y proporcionó una evaluación de la importancia de la retrocausalidad en la MC, afirmando:
“Varios efectos mecánicos cuánticos novedosos y distintivos (pero no paradójicos) ocurren en y cerca de [curvas] temporales cerradas, incluyendo violaciones del principio de correspondencia y de unitaridad. Es posible «clonar» sistemas cuánticos y medir el estado de un sistema cuántico. Se hace posible una nueva prueba experimental de la interpretación de Everett [Muchos Mundos] frente a todas las demás. La consideración de estos y otros efectos arroja luz sobre la naturaleza de la mecánica cuántica». – DavidDeutsch, «Quantum mechanics near closed timelike lines», Phys. Rev. D, vol. 44, nº 10, pp. 3197-3217, nov. 1991, doi: 10.1103/PhysRevD.44.3197.
Deutsch sostenía que el viaje cuántico en el tiempo no daría lugar a violaciones de la causalidad porque si una partícula retrocediera en el tiempo y, por ejemplo, se destruyera a sí misma no se generaría una paradoja porque, como proponía Deutsch a través de la Interpretación Everettiana de Muchos Mundos, la partícula destruida estaría en una rama separada del multiverso y no afectaría a la historia total del multiverso de la partícula existente restante. Así, en algunas consideraciones (llamadas D-CTC), el multiverso se incluye en las consideraciones de las interacciones retrocausales, y obvia algunas contradicciones o paradojas aparentes.
Además, empiezan a surgir resultados interesantes al considerar la teoría cuántica de campos en espaciotiempos curvos (QFT en CST) -aquí nos centraremos sólo en algunos aspectos específicos y no en las ramificaciones más generales de una Teoría Unificada de Campos-, porque podemos analizar el comportamiento de sistemas cuánticos, como los qubits, en presencia de curvas cerradas similares al tiempo, por ejemplo modelando las no linealidades que surgen de un qubit que interactúa con una versión anterior de sí mismo en un CTC [8]. El estudio de estos sistemas proporciona información valiosa sobre las no linealidades y la aparición de estructuras causales en la mecánica cuántica, algo esencial para cualquier formulación de una teoría cuántica de la gravedad.
Y lo que es más importante, tienen implicaciones para las teorías cuánticas del viaje en el tiempo. En física cuántica existe un programa experimental denominado teletransporte cuántico (QT) que permite transferir estados de información cuántica a través de un canal clásico aprovechando la fuerte correlación entre sistemas cuánticos entrelazados (los protocolos QT también se han utilizado para transferir energía y pronto podrían verificar la conjetura ER = EPR). El teletransporte cuántico estándar se basa en el entrelazamiento cuántico y la comunicación clásica para transferir el estado de una partícula de un lugar a otro sin transferir directamente la propia partícula (el canal de comunicación clásico garantiza que las señales no se transfieran de forma instantánea o más rápido que la luz).
Comprender el Teletransporte Cuántico
Antes de explorar el experimento propuesto para enviar un estado cuántico «atrás» en el tiempo, hay que establecer una comprensión general del protocolo QT. El teletransporte cuántico transfiere un estado cuántico entre dos partes (Alice y Bob) utilizando el entrelazamiento y la comunicación clásica (Figura 1). Los pasos clave son:
- Creación de entrelazamiento:
- Alice y Bob comparten un par de qubits entrelazados.
- Estado a teletransportar:
- Alice tiene un qubit adicional con el estado cuántico ∣ψ⟩| que quiere teletransportar.
- Medición del estado de Bell:
- Alice realiza una medición del estado de Bell en su qubit (a teletransportar) y su mitad del par enredado, colapsando el sistema en uno de los cuatro estados enredados posibles.
- Comunicación clásica:
- Alice envía el resultado de la medición (dos bits clásicos) a Bob.
- Reconstrucción del estado:
- Bob aplica una operación cuántica correspondiente (por ejemplo, puertas X, Z) a su qubit basándose en el resultado de Alice, recreando ∣ψ⟩| perfectamente.
Nota: El estado original ∣ψ⟩| se destruye durante el proceso, preservando el teorema de no clonación.
Estado Actual de la Técnica
Los avances en los protocolos QT se han beneficiado significativamente de los desarrollos en el intercambio de entrelazamiento y la eficiencia de las mediciones de estado de Bell(BSM, por sus siglas en inglés), estas últimas llamadas así por las famosas formulaciones de desigualdad de Bell que definen la naturaleza no clásica de ciertos resultados de medición con sistemas cuánticos, como los qubits fotónicos (fotones entrelazados utilizados para crear bits cuánticos). Estas innovaciones son fundamentales para mejorar la fiabilidad y escalabilidad de las redes de comunicación cuántica, lo que da una aplicabilidad tecnológica directa a las técnicas de QT. Por ejemplo, las mejoras en el intercambio de enredos tienen, incluida la distribución extendida de enredos, en la que el intercambio de enredos permite el enredo de dos partículas que nunca han interactuado directamente, lo que facilita la extensión de enlaces enredados a través de nodos distantes en una red cuántica (esta técnica es similar a los protocolos de recolección de entrelazamientos, de los que hemos hablado recientemente en artículos recientes). Este principio es fundamental para el desarrollo de repetidores cuánticos, esenciales para la comunicación cuántica a larga distancia. También se han realizado mejoras en los BSM con técnicas como el teletransporte cuántico potenciado [9].
Combinar el intercambio de enredos con la mejora de la eficiencia de los BSM es crucial para el desarrollo de repetidores cuánticos. Estos dispositivos facilitan la distribución del enredo a grandes distancias segmentando el canal de comunicación en enlaces más cortos e intercambiando el enredo entre ellos [10]. Además, estos avances deberían facilitar el diseño de redes cuánticas híbridas, ya que los progresos en los protocolos de intercambio de entrelazamiento han permitido la interconexión de sistemas cuánticos heterogéneos, como la conexión de nodos de variable discreta y variable continua, utilizando esencialmente la naturaleza tanto de partícula (discreta) como de onda (continua) de la luz [11]. Esta capacidad es vital para la realización de redes cuánticas versátiles y robustas.
La QT no sólo es un factor clave para el desarrollo de sistemas y redes de computación cuántica, sino también una piedra angular para los protocolos de comunicación seguros y a prueba de manipulaciones. Estas aplicaciones prometen avances tecnológicos en ámbitos como la criptografía, la informática distribuida y la conectividad global. Estudios recientes han demostrado que estas posibilidades se acercan a la realización experimental, el segundo paso hacia la plena implantación de la no localidad cuántica en la tecnología.
Para los que miran hacia el futuro, existe una nueva y emocionante clase de protocolos de teletransporte que pueden permitir pruebas experimentales notables de la teoría cuántica, por ejemplo para probar la retrocausalidad en la mecánica cuántica -la capacidad de realizar operaciones para cambiar el estado pasado de un sistema cuántico, como un qubit-, por ejemplo realizando teletransportes postseleccionados (P-CTC) [12]. Si el entrelazamiento es un tipo de no localidad espacial, la acción retrocausal es un tipo de no localidad temporal, y debería ser tan realizable como el entrelazamiento de cuantos separados espacialmente. Esto significaría que, del mismo modo que se utiliza el entrelazamiento en los protocolos de teletransporte cuántico para las redes y la informática cuánticas, éstos podrían avanzar enormemente con protocolos de entrelazamiento retrocausal que pueden mejorar la robustez cuántica a pasos agigantados. Además de revelar propiedades fundamentales de nuestra realidad, como las interacciones retrocausales o transtemporales (no localidad en el espacio y el tiempo), en las que estados futuros o presentes pueden afectar -o ser la causa de forma retroactiva- a estados pasados.
Mecánica Cuántica de los Viajes en el Tiempo
Los investigadores han descubierto que la mecánica cuántica de curvas temporales cerradas permite el viaje en el tiempo cuántico, que difiere de la concepción clásica del viaje en el tiempo en varios aspectos, el más importante de los cuales es que los protocolos propuestos no permiten violaciones causales paradójicas y tienen implicaciones principalmente para mejorar las mediciones cuánticas -lo que se denomina metrología cuántica, que son técnicas que pueden aprovechar ciertos efectos para superar los límites de la observación y la medición convencionales-y aumentar potencialmente la potencia de cálculo.
Lo interesante de los fenómenos microscópicos o cuánticos es que pueden tener una mecánica retrocausal sin violar la teoría de la relatividad ni el principio fuerte de causalidad: que una causa siempre debe preceder a sus efectos. En relatividad, el principio fuerte puede expresarse como «ninguna información puede enviarse más rápido que la velocidad de la luz», lo que puede denominarse el principio débil de causalidad. Un ejemplo claro de cómo la mecánica cuántica puede ser retrocausal sin violación aparente de los principios fuerte o débil de causalidad se da en la revisión de David Pegg Retrocausality and Quantum Measurement [13]. El electromagnetismo clásico (EM) involucra ecuaciones cuadráticas que cuando se resuelven dan dos respuestas, que esencialmente equivalen a una solución en la que una carga oscilante (un emisor) genera radiación EM que va «hacia adelante en el tiempo» (lo que por razones históricas se llamó «potenciales retardados») y simultáneamente un absorbedor que ha enviado radiación adelantada antes que el emisor y la energía que es disipada por el emisor se debe a la fuerza de reacción radiativa del absorbedor, de modo que el suceso precedente (radiación emitida y pérdida de energía por el oscilador cargado) es causado por el suceso futuro (absorción de radiación).
Dado que la radiación adelantada implica potenciales adelantados que actúan retrocausalmente sobre el emisor, esto se omite en la interpretación clásica porque parecería violar el principio fuerte de causalidad. Sin embargo, dos brillantes físicos, John Wheeler y Richard Feynman, reevaluaron la teoría de la EM y construyeron una formulación que conserva tanto los potenciales retardados como los avanzados: lo que se denomina teoría Wheeler-Feynman del absorbente de la radiación. Esta teoría constituye la base de la Interpretación Transaccional de Cramer de la mecánica cuántica, y aunque la teoría del absorbente contraviene el principio fuerte de causalidad, en un universo con propiedades absorbentes perfectas no viola el principio débil (no se pueden enviar mensajes macroscópicos hacia atrás en el tiempo entre dos observadores) y predice precisamente los mismos resultados verificables experimentalmente que la teoría convencional, temporalmente unidireccional, de la electrodinámica.
Hay otros ejemplos en los que una explicación retrocausal parece ser más precisa para la mecánica real implicada, como el problema de la retrodicción en mecánica cuántica-la retrodicción cuántica implica encontrar las probabilidades de varios sucesos de preparación dado un suceso de medida-, en el que la evolución temporal hacia atrás de un BSM sobre un estado cuántico desconocido para influir en la preparación del estado antes de ser enviado se muestra como la explicación más sencilla [14].
La imagen cuántica que es retrocausal en el sentido de violar el principio fuerte pero no el débil de causalidad puede extenderse más allá del uso de un estado que evoluciona hacia atrás en el tiempo con fines retrodictivos… utilizamos una imagen cuántica retrocausal para examinar la posibilidad de preparar un estado qubit que evoluciona hacia delante en el tiempo de la manera normal, y luego enviar este estado al pasado donde aparece como un estado qubit idéntico que evoluciona hacia delante y que puede medirse de la manera normal o utilizarse para otros fines. Vemos que esto sólo puede hacerse sobre una base probabilística que no viole la causalidad débil, pero sigue siendo útil para la aplicación principal… la de medir un estado qubit óptico cuántico antes de prepararlo.
En el ejemplo dado por Pegg, los CTC en mecánica cuántica podrían permitir la computación cuántica instantánea sin violar el principio débil de causalidad (sin señalización FTL). Aunque la existencia de curvas temporales cerradas es hipotética, pueden simularse probabilísticamente mediante circuitos QT.
¿Puede la mecánica cuántica permitirnos enviar efectivamente información hacia atrás en el tiempo? Es necesario investigar para responder a esta pregunta, y recientemente se ha avanzado con un nuevo estudio realizado por investigadores del Hitachi Cambridge Laboratory, la Universidad de Cambridge, el Paul Scherrer Institute, el ETH Zürich y la Universidad de Maryland. Los investigadores han ideado un experimento para poner a prueba la cuestión de la no localidad cuántica en el tiempo con un novedoso giro sobre el método hipotético de los P-CTC, la retrodicción cuántica y la computación cuántica instantánea, que viene utilizándose desde hace tiempo. En su artículo «Nonclassical Advantage in Metrology Established via Quantum Simulations of Hypothetical Closed Timelike Curves», los investigadores describen un experimento mental en el que se utiliza el entrelazamiento cuántico para simular el envío de información hacia atrás en el tiempo a través de una CTC [15], mediante los procedimientos básicos de la QT, pero con la inclusión de una partícula en un estado cuántico especialmente preparado que se envía «hacia atrás en el tiempo» mediante la interacción de pares EPR entrelazados (una especie de circuito cuántico entrelazado) para cambiar el estado de una partícula en el pasado; un mecanismo retrocausal. Aunque el viaje en el tiempo real sigue perteneciendo al ámbito de la ciencia ficción, los investigadores muestran cómo los circuitos cuánticos pueden simular de forma probabilística los CTC de un modo que proporciona una ventaja práctica para las mediciones cuánticas. El protocolo es el siguiente (Figura 2):
Se puede ver que la premisa básica sigue elementos del protocolo de teletransporte convencional, sin embargo, en lugar de transferir el estado cuántico de la partícula A a la partícula D, la partícula D se prepara en el estado ideal en el que el experimentador quiere que esté la partícula A, que al interactuar con el par de partículas enredadas de la partícula A, B, hay una pequeña probabilidad de que la medición del estado de Bell se propague «hacia atrás» en el tiempo para proyectarse sobre la partícula A, cambiando así retrocausalmente el estado cuántico de la partícula A al espín deseado. Puesto que esto no puede utilizarse para enviar mensajes hacia atrás en el tiempo, no viola el principio débil de causalidad, y por tanto es totalmente compatible con la relatividad, que en cualquier caso tiene soluciones que son CTCs. ¿Los CTCs como el ‘loop the loop’ del teletransporte retrocausal ofrecen una verificación empírica de los CTCs en relatividad? De modo que no deberían descartarse como los potenciales avanzados de la electrodinámica cuántica (viz-a-viz la teoría del absorbente de Wheeler-Feynman).
La idea clave es que la manipulación del entrelazamiento cuántico puede permitir a un metrólogo cuántico «enviar hacia atrás en el tiempo» información sobre la configuración óptima de las mediciones, información que normalmente sólo estaría disponible una vez finalizado el experimento. Aunque este viaje en el tiempo simulado a veces falla, cuando tiene éxito permite realizar mediciones que extraen más información por sonda de lo que sería posible clásicamente.
Este trabajo demuestra una conexión fascinante entre el entrelazamiento cuántico y los efectos retrocausales aparentes que pueden generar ventajas operativas reales prohibidas por la física clásica. Aunque no llega a ser un verdadero viaje en el tiempo, muestra cómo las extrañas propiedades de la mecánica cuántica pueden aprovecharse de formas inesperadas que desafían nuestras nociones habituales de causalidad, al tiempo que pueden permitir mejoras prácticas en la detección y medición cuánticas.
Quizá lo más significativo sea que comprender la mecánica completa de lo que ocurre durante los protocolos retrocausales permite comprender la propia teoría cuántica. Dado que los protocolos P-CTC no violan el principio débil de causalidad, no pueden utilizarse para la comunicación más rápida que la luz y, en ese sentido, los resultados siguen siendo los mismos que en los formalismos cuánticos ortodoxos; la única diferencia es la interpretación de lo que está ocurriendo. El planteamiento de un mecanismo retrocausal elimina la necesidad de una «reducción de estado» o un colapso de la función de onda (que describe una superposición). Esto ofrece algunas ventajas conceptuales, y tal vez una mayor compatibilidad con la relatividad (por ejemplo, CTC y ER = EPR) para una teoría plenamente convincente de la física unificada.
«Nuestro Gedankenexperiment demuestra que el entrelazamiento puede generar ventajas operativas prohibidas en las teorías clásicas que respetan la cronología». – Arvidsson-Shukur y otros, 2024 [15].
El experimento aún no se ha llevado a cabo, y los últimos datos sólo proceden de probar el escenario en una simulación, sin embargo, esto proporciona pruebas de la viabilidad del protocolo propuesto, que se sale de la norma como mínimo; imagina decir a tus amigos y colegas que estás trabajando en un experimento para teletransportar partículas atrás en el tiempo.
Computación Cuántica Probabilística Instantánea
El protocolo de teletransporte retrocausal tiene su origen en el concepto de retrodicción de la mecánica cuántica, que, como hemos visto, se explica más fácilmente mediante un mecanismo retrocausal. Un corolario muy interesante que también surge de esta línea de investigación -y que tiene implicaciones significativas para la tecnología de computación cuántica- es que el principio de teletransporte puede utilizarse para realizar una computación cuántica incluso antes de que se defina su entrada cuántica [16]. Esto permitiría, de hecho, la computación cuántica instantánea utilizando el estado de entrelazamiento de qubits cuyo estado pasado es susceptible a través de futuras BSM (mediciones de estado de Bell).
Este procedimiento implementa esencialmente las metodologías QT y P-CTC para recibir, de forma probabilística, algunos resultados de un cálculo cuántico instantáneamente, de tal forma que si un cálculo cuántico normalmente tardaría un tiempo arbitrariamente largo, se puede utilizar un protocolo P-CTC para obtener el estado de salida exacto instantáneamente. El procedimiento hipotético se describe a continuación (Figura 3):
¿Puede utilizarse el viaje cuántico en el tiempo más allá de la mejora de los ordenadores cuánticos, como el envío de personas «atrás» en el tiempo? Algunos de los creadores del concepto de P-CTC, como Seth Lloyd, advierten contra tales ideas porque los protocolos de teletransporte retrocausal requieren actualmente un fuerte entrelazamiento cuántico, que exige un aislamiento estrictamente controlado y, por tanto, no hay forma de que todas las partículas de un cuerpo humano entero se preparen en un estado de fuerte entrelazamiento y permitan la actividad transtemporal. Sin embargo, avances recientes en las técnicas de teletransporte han descubierto que la QT puede lograrse en presencia de interacciones ambientales (ruido) utilizando el entrelazamiento híbrido multipartito de sistemas de muchos cuerpos [17]. Así pues, no hay que descartar la posibilidad de plano, porque hay indicios de que los principios de causalidad fuerte y débil pueden eludirse en circunstancias especiales y la red de entrelazamiento multipartito del espaciotiempo [18] es accesible incluso para sistemas cuánticos de gran tamaño como los humanos.
A Destacar
El protocolo de teletransporte retrocausal representa una de las fronteras más fascinantes de la física cuántica, donde la noción clásica de causa y efecto se encuentra con el extraño reino cuántico. Mediante una cuidadosa manipulación del entrelazamiento cuántico, los investigadores han demostrado teóricamente que puede ser posible influir en estados cuánticos del pasado, sin violar los principios fundamentales de la relatividad o la causalidad que rigen nuestro universo.
El protocolo se basa en las técnicas convencionales de teletransporte cuántico, que ya permiten transferir estados cuánticos entre lugares utilizando el entrelazamiento y la comunicación clásica. Sin embargo, este nuevo enfoque lleva el teletransporte cuántico a un terreno desconocido al aprovechar las curvas cerradas de semejanza temporal (CTC), construcciones teóricas que surgen de forma natural de las ecuaciones de campo de Einstein y la mecánica cuántica. Aunque el viaje en el tiempo sigue siendo ciencia ficción, estas simulaciones cuánticas de las CTC podrían aportar ventajas prácticas en metrología y computación cuánticas.
Quizá lo más destacable sea que el protocolo retrocausal sugiere que el entrelazamiento cuántico puede utilizarse para enviar información sobre la configuración óptima de las mediciones «hacia atrás en el tiempo», información que normalmente sólo estaría disponible una vez finalizado el experimento. Aunque este proceso es probabilístico y no puede utilizarse para comunicaciones más rápidas que la luz ni para enviar objetos macroscópicos a través del tiempo, demuestra cómo la mecánica cuántica sigue desafiando nuestra comprensión convencional de la causalidad y la flecha del tiempo.
Las implicaciones van mucho más allá de la pura física teórica. La capacidad de realizar cálculos cuánticos incluso antes de que se definan sus entradas, como demuestra la computación cuántica instantánea probabilística, podría revolucionar la tecnología de la computación cuántica. Los recientes avances en el entrelazamiento híbrido multipartito sugieren que estos efectos podrían lograrse incluso en condiciones ruidosas del mundo real. Además, algunos investigadores, como Stuart Hameroff y Daniel Sheehan, a la vanguardia de la exploración de la física de la consciencia, han detallado cómo la retrocausalidad puede ser integral para entender los procesos de información sensible en la materia biológica [19, 20]. Los mecanismos cuánticos retrocausales pueden explicar ciertos comportamientos cerebrales, y la verificación experimental auxiliar de tales efectos en general apoyará la teoría de que tienen un papel significativo en el sistema biológico.
Mientras seguimos sondeando los límites entre la mecánica cuántica y la relatividad, el protocolo de teletransporte retrocausal sirve como poderoso recordatorio de que nuestro universo es mucho más extraño y está más interconectado de lo que sugeriría la física clásica. La naturaleza multiconexa del espaciotiempo a través del entrelazamiento cuántico, elegantemente plasmada en la correspondencia ER=EPR, apunta a una realidad más profunda en la que el pasado, el presente y el futuro pueden estar más íntimamente ligados de lo que jamás hubiéramos imaginado.
Aunque los viajes en el tiempo de la ciencia ficción siguen siendo demasiado avanzados para nuestra comprensión actual del espacio-tiempo, estos protocolos cuánticos están abriendo nuevas ventanas a la naturaleza del propio tiempo, sugiriendo que la causalidad a nivel cuántico es mucho más sutil y fascinante de lo que sugiere nuestra experiencia cotidiana. A medida que sigamos desarrollando y perfeccionando estas técnicas, es posible que no sólo hagan avanzar nuestras capacidades tecnológicas, sino que también remodelen fundamentalmente nuestra comprensión del tejido temporal de la realidad.
Referencias
1. Schilpp, Paul Arthur, and Albert Einstein. Albert Einstein, Philosopher-Scientist. [1st ed.], Library of Living Philosophers, 1949. “Einsteins’s Reply to Criticisms in relation to Epistemological Problems in Atomic Physics.” Accessed: Dec. 02, 2024. [Online]. Available: https://www.marxists.org/reference/archive/einstein/works/1940s/reply.htm.
2. S. J. Olson and T. C. Ralph, “Entanglement between the Future and the Past in the Quantum Vacuum,” Phys. Rev. Lett., vol. 106, no. 11, p. 110404, Mar. 2011, doi: 10.1103/PhysRevLett.106.110404.
3. S. J. Olson and T. C. Ralph, “Extraction of timelike entanglement from the quantum vacuum,” Phys. Rev. A, vol. 85, no. 1, p. 012306, Jan. 2012, doi: 10.1103/PhysRevA.85.012306.
4. A. Higuchi, S. Iso, K. Ueda, and K. Yamamoto, “Entanglement of the vacuum between left, right, future, and past: The origin of entanglement-induced quantum radiation,” Phys. Rev. D, vol. 96, no. 8, p. 083531, Oct. 2017, doi: 10.1103/PhysRevD.96.083531.
5. J. Maldacena and L. Susskind, “Cool horizons for entangled black holes,” Fortschritte der Physik, vol. 61, no. 9, pp. 781–811, 2013, doi: 10.1002/prop.201300020.
6. Matthew S. Leifer and Matthew F. Pusey. “Is a time symmetric interpretation of quantum theory possible without retrocausality?” Proceedings of The Royal Society A. DOI: 10.1098/rspa.2016.0607 .
7. Huw Price, “Does time-symmetry imply retrocausality? How the quantum world says “Maybe”?, Studies in History and Philosophy of Science B: Studies in History and Philosophy of Modern Physics. DOI: 10.1016/j.shpsb.2011.12.003.
8. M. Ringbauer, M. A. Broome, C. R. Myers, A. G. White, and T. C. Ralph, “Experimental simulation of closed timelike curves,” Nat Commun, vol. 5, no. 1, p. 4145, Jun. 2014, doi: 10.1038/ncomms5145.
9. S. E. D’Aurelio, M. J. Bayerbach, and S. Barz, “Boosted quantum teleportation,” Jun. 07, 2024, arXiv: arXiv:2406.05182. doi: 10.48550/arXiv.2406.05182.
10. S. Pirandola, J. Eisert, C. Weedbrook, A. Furusawa, and S. L. Braunstein, “Advances in quantum teleportation,” Nature Photon, vol. 9, no. 10, pp. 641–652, Oct. 2015, doi: 10.1038/nphoton.2015.154.
11. T. Darras et al., “Teleportation-based Protocols with Hybrid Entanglement of Light,” in 2021 Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO), May 2021, pp. 1–2. Accessed: Dec. 03, 2024. [Online]. Available: https://ieeexplore.ieee.org/document/9571386?utm_source=chatgpt.com.
12. S. Lloyd, L. Maccone, R. Garcia-Patron, V. Giovannetti, and Y. Shikano, “Quantum mechanics of time travel through post-selected teleportation,” Phys. Rev. D, vol. 84, no. 2, p. 025007, Jul. 2011, doi: 10.1103/PhysRevD.84.025007.
13. D. T. Pegg, “Retrocausality and Quantum Measurement,” Found Phys, vol. 38, no. 7, pp. 648–658, Jul. 2008, doi: 10.1007/s10701-008-9224-2.
14. D. T. Pegg, S. M. Barnett, and J. Jeffers, “Quantum retrodiction in open systems,” Phys. Rev. A, vol.66, no. 2, p. 022106, Aug. 2002, doi: 10.1103/PhysRevA.66.022106.
15. D. R. M. Arvidsson-Shukur, A. G. McConnell, and N. Yunger Halpern, “Nonclassical Advantage in Metrology Established via Quantum Simulations of Hypothetical Closed Timelike Curves,” Phys. Rev. Lett., vol. 131, no. 15, p. 150202, Oct. 2023, doi: 10.1103/PhysRevLett.131.150202.
16. Č. Brukner, J.-W. Pan, C. Simon, G. Weihs, and A. Zeilinger, “Probabilistic instantaneous quantum computation,” Phys. Rev. A, vol. 67, no. 3, p. 034304, Mar. 2003, doi:10.1103/PhysRevA.67.034304.
17. Zhao-Di Liu, Olli Siltanen, Tom Kuusela, Rui-Heng Miao, Chen-Xi Ning, Chuan-Feng Li, Guang-Can Guo, Jyrki Piilo. Overcoming noise in quantum teleportation with multipartite hybrid entanglement. Science Advances, 2024; 10 (18) DOI: 10.1126/sciadv.adj3435.
18. N. Haramein, W. D. Brown, and A. Val Baker, “The Unified Spacememory Network: from Cosmogenesis to Consciousness,” Neuroquantology, vol. 14, no. 4, Jun. 2016, doi: 10.14704/nq.2016.14.4.961.
19. D. P. Sheehan, “Thinking Backwards about Time,” Timing Time Percept., vol. 12, no. 2, pp. 208–212, Jan. 2024, doi: 10.1163/22134468-bja10103.
20. S. Hameroff, “How quantum brain biology can rescue conscious free will,” Front Integr Neurosci, vol. 6, p. 93, Oct. 2012, doi: 10.3389/fnint.2012.00093.
