Correlaciones cuánticas entre el pasado y el futuro mediadas por fotones virtuales

La teoría cuántica de campos, que unifica la mecánica cuántica y la teoría de la relatividad especial, presenta algunas características que pueden parecer paradójicas. Por ejemplo, el vacío cuántico es un estado entrelazado, lo que implica que el comportamiento del campo en el cono de luz del futuro de un evento está correlacionado con el campo en el cono de luz del pasado, como si se tratara de la correlación entre dos campos diferentes. Estas correlaciones cuánticas entre el pasado y el futuro no han sido demostradas experimentalmente aún, sin embargo, pocos expertos dudan de que existan. Científicos del CSIC han propuesto un experimento sencillo para demostrar dichas correlaciones, utilizando dos cubits cuánticos superconductores conectados por una línea de transmisión “abierta” (no conectada a nada) en el vacío. En el pasado, durante un tiempo Ton, se conecta el cubit del pasado (P) con el campo cuántico en la línea de transmisión. Seguidamente, se desconecta dicho cubit P del campo durante un lapso de tiempo Toff. Finalmente, en el futuro, se conecta el cubit del futuro (F) con el campo de la línea de transmisión durante un tiempo Ton (mientras el cubit P sigue desconectado). La electrodinámica cuántica (QED) aplicada a este protocolo implica que ambos cubits quedan entrelazados por correlaciones espaciotemporales entre el pasado y el futuro gracias al intercambio de fotones virtuales en el vacío del campo. Puede parecer algo paradójico, pero si se logra demostrar de forma experimental con la tecnología actual podría ser la base para el desarrollo de memorias cuánticas con vidas medias del orden de los nanosegundos (útiles para los futuros ordenadores cuánticos). Además, permitiría verificar el fenómeno cuántico llamado telestransporte cuántico temporal (el teletransporte del estado cuántico en el tiempo en lugar de en el espacio). El artículo técnico es Carlos Sabín, Borja Peropadre, Marco del Rey, Eduardo Martín-Martínez, “Extracting past-future vacuum correlations using circuit QED,” Phys. Rev. Lett. 109: 033602, 2012 [arXiv:1202.1230]. Una aplicación en cifrado cuántico es Smriti Jha, “Quantum Cryptography Using Past-Future Entanglement,” IOSR Journal of Computer Engineering (IOSRJCE) 3: 41-43, 2012. Noticia en español en “Científicos del CSIC proponen un experimento para transferir información entre el pasado y el futuro,” lainformacion.com, 18 sep. 2012, y en el servidor de noticias del CSIC.

El análisis de este experimento en el espaciotiempo permite diferenciar entre tres regiones diferentes. En la región I, para 2 Ton + Toff < r/v, ningún fotón se puede intercambiar entre ambos cubits, pero puede haber intercambios de fotones virtuales (correlaciones del vacío de la QED). En la región II, para 2 Ton + Toff > r/v, con Toff < r/v, el cubit F puede absorber en el futuro radiación emitida por P en el pasado tras cierto intervalo sin absorción (si Ton + Toff < r/v) o puede dejar de absorber en el futuro radiación emitida por P tras cierto tiempo absorbiéndola mientras la interacción esté activa (si Ton + Toff > r/v). Finalmente, en la región III, para Toff > r/v, el cubit F no puede absorber radiación, como en la región I. La diferencia entre las regiones I y III es que en al primera los dos cubits están separados por un intervalo espaciotemporal de tipo espacio, mientras que en la segunda es de tipo tiempo. En las regiones I y III es posible la existencia de correlaciones cuánticas (entrelazamiento) entre ambos cubits mediado solo por el vacío (intercambio de fotones virtuales), mientras que en la región II dichas correlaciones están mediadas por el intercambio de fotones (“reales”).

El vacío cuántico, plagado de partículas virtuales, presenta propiedades que nos resultan paradójicas si imaginamos que las partículas virtuales son partículas “reales,” pero que no resultan tan paradójicas desde una visión bohmiana (desde una interpretación realista) de los campos cuánticos. La demostración experimental del protocolo cuántico propuesto por Carlos Sabín y sus colegas nos volverá a recordar que, hoy en día, aún no entendemos bien el vacío en teoría cuántica de campos.

3 pensamientos en “Correlaciones cuánticas entre el pasado y el futuro mediadas por fotones virtuales

    • Gerardo, no sé qué más decir. Básicamente, el vacío del campo electromagnético no está “vacío” sino que es un campo electromagnético que cuando se calcula el número de partículas que contiene resulta un valor cero. Por tanto, dos sistemas conectados en ell vacío a través de un sistema que pueda resonar con ciertas longitud de ondas introduce un efecto físico medible (cualquier guía finita introduce un corte en la frecuencia máxima que puede soportar); esta idea es la que subyace a la fuerza de Casimir y este nuevo experimento se puede considerar un variante de la misma idea.

      ¿Algo importante? No lo sé. Yo diría que es más bien una curiosidad (además, los autores no discuten los efectos del corte suave en los intervalos de encendido y apagado, que puede degradar bastante el resultado). No sé si será fácil llevar a cabo este experimento, pues construirlo es muy fácil con la tecnología actual, el problema es lograr el encendido y apagado (que en la práctica están muy alejados de la versión teórica de la propuesta).

      Espero haber ayudado algo.

  1. Disculpe mi ignorancia, pero ¿es éste un modo de unificar relatividad y mecánica cuántica, el santo Grial actual de la física? ¿O es la relatividad general lo que no se puede conjugar con la cuántica?

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