Logran, por primera vez, invertir la dirección del tiempo en un sistema cuántico real

A nuestro alrededor, todo cambia continuamente. Nuestra vida cotidiana está repleta de cambios, y por experiencia sabemos que muchos de ellos son imposibles de revertir. De hecho, todos los procesos que nos rodean parecen seguir una única y bien determinada dirección en el tiempo: un vaso cae al suelo y se rompe, pero nunca veremos sus fragmentos recomponerse y volver a subir a la mesa de la que cayó.

Sin embargo, el reino de la mecánica cuántica no se rige por las mismas reglas, y se podría incluso decir que la dirección del tiempo no es relevante para que los procesos sucedan con normalidad. Es decir, que podrían suceder igual 'hacia delante' que 'hacia atrás'.

Hace un par de años, un equipo de científicos rusos consiguió, en un ordenador, simular esa inversión temporal creando un estado en el que la 'flecha del tiempo' corría al revés. Ahora, un equipo de investigadores dirigido por físicos de la Universidad de Viena ha conseguido ir más allá, y acaba de convertir esa simulación en realidad al demostrar que, por lo menos en ciertos sistemas cuánticos, la dirección temporal de los procesos puede invertirse.

En concreto, los físicos lograron devolver un fotón al estado temporal anterior al experimento. En una analogía con el mundo macroscópico, devolvieron el vaso, intacto, a la mesa de la que cayó. El trabajo es una demostración del llamado 'protocolo de rebobinado' y se acaba de publicar en la revista 'Óptica'.

La mayor parte de los cambios que nos rodean en nuestra vida diaria son, en la práctica, imposibles de revertir. Un vaso roto no volverá a recomponerse, y un huevo, después de frito, jamás volverá a entrar, crudo, en su cáscara. Aún así, en teoría sería posible revertir lo que parece irreversible. Bastaría para ello conocer con precisión la posición, la velocidad y la dirección de cada átomo del vaso (o del huevo) en cada momento. Algo que resulta imposible en la práctica.

Un mundo aparte

En el mundo de las partículas subatómicas el problema se vuelve, si cabe, aún más complicado, ya que uno de los principios básicos de la física cuántica es que la simple observación de un sistema hace que éste cambie. Esto hace que sea imposible, incluso en principio, rastrear cómo cambia un sistema en el tiempo e invertir el proceso. Sin embargo, las leyes de la mecánica cuántica también abren nuevas posibilidades, como los llamados 'protocolos de rebobinado universal', que permiten revertir los cambios en un sistema cuántico sin necesidad de saber cuáles fueron exactamente. Es decir, sin tener que observarlos.

Bajo la dirección de Philip Walther, el equipo de físicos consiguió implementar con éxito uno de esos protocolos de rebobinado universal. Al combinar el nuevo protocolo teórico con una compleja configuración óptica, el grupo demostró que, de hecho, es posible revertir los cambios de un sistema cuántico, como por ejemplo un fotón. Para ello, emplearon componentes de fibra óptica ultrarrápidos e interferómetros de espacio libre dispuestos como un interruptor cuántico.

De este modo, lograron revertir con éxito la evolución temporal de un único fotón sin saber cómo éste había cambiado en el tiempo, y ni siquiera cuáles eran sus estados inicial y final. «Sorprendentemente -dice Peter Schiansky, primer autor del artículo- este protocolo ni siquiera requiere que se conozca la naturaleza de las interacciones con el sistema cuántico».

Según los investigadores, su protocolo de rebobinado universal se puede ampliar para tener éxito con una probabilidad muy alta. La prueba de que los protocolos de rebobinado existen en esta forma general y son además técnicamente factibles, contribuye a nuestra comprensión de la mecánica cuántica fundamental. En el futuro, podrían convertirse en una herramienta útil para las tecnologías de la información cuántica.

Fuente: ABC