En el mundo macroscópico, los procesos físicos parecen desarrollarse en una dirección temporal; por ejemplo, los huevos pueden estar batidos pero no “desbatidos”. Sin embargo, en el ámbito cuántico, los procesos se pueden revertir utilizando los llamados protocolos de rebobinado. Aquí hay que tener cuidado con el lenguaje y las analogías macroscópicas. Esa reversión es más una vuelta al estado inicial, un reseteo, que un cambio en la dirección de la flecha del tiempo.

Ahora, David Trillo, estudiante de doctorado del grupo de Miguel Navascués en el Instituto de Óptica Cuántica e Información Cuántica de Viena, y sus colegas han demostrado un protocolo de este tipo para sistemas cuánticos de dos niveles. Mientras que los enfoques anteriores tenían una baja probabilidad de éxito, este se puede hacer que funcione, lo que abre la puerta a aplicaciones prácticas.

El nuevo protocolo funciona haciendo que el sistema de destino evolucione a lo largo de una superposición cuántica de diferentes caminos. En algunos caminos, se permite que el sistema progrese libremente; en los demás, actúa sobre él una operación cuántica desconocida. La posterior interferencia de estos caminos hace que el sistema vuelva a su estado inicial. Sorprendentemente, este protocolo no requiere conocimiento del sistema de destino, su dinámica interna o la operación aplicada. Además, el reseteo es óptimamente eficiente y puede alcanzar una probabilidad de éxito arbitrariamente alta.

Los investigadores comprobaron el funcionamiento de su protocolo utilizando una compleja configuración óptica, en la que invirtieron la evolución de un sistema de dos niveles en forma de fotón con dos posibles estados de polarización. Destacan, sin embargo, que el enfoque no se limita a las plataformas fotónicas. Sugieren que esta capacidad de devolver un sistema cuántico a un estado pasado, de nuevo, resetear más que hacer que el tiempo cambie de dirección, con éxito garantizado tiene implicaciones para nuestra comprensión de la mecánica cuántica y podría tener aplicaciones en muchas áreas de la tecnología de la información cuántica.

Referencias:

Trillo et al. (2023) Universal quantum rewinding protocol with an arbitrarily high probability of success Phys. Rev. Lett. doi: 10.1103/PhysRevLett.130.110201

D.P. Schiansky et al. (2023) Demonstration of universal time-reversal for qubit processes Optica doi: 10.1364/OPTICA.469109

R. Wilkinson (2023) Hitting Rewind on Quantum Processes Physics 16, s34

F.R. Villatoro (2023) Podcast CB SyR 405: Agujero negro, CARMENES DR1, blázar y rebobinado cuántico La ciencia de la mula Francis

Para saber más:

Un observador cuántico de lo más útil
La carrera hacia la supremacía cuántica
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Sobre el autor: César Tomé López es divulgador científico y editor de Mapping Ignorance