¿Han abierto los físicos un portal a una dimensión de tiempo adicional, como se afirma?

A científico estadounidense, Se nos ha dicho el mes pasado: «Los físicos han desarrollado una técnica de corrección de errores alucinante que podría aumentar drásticamente el rendimiento de las computadoras cuánticas»:

«Es muy emocionante ver esta fase inusual de la materia realizada en un experimento real, especialmente porque la descripción matemática se basa en una dimensión de tiempo ‘adicional’ teórica», dice el miembro del equipo Philipp Dumitrescu, que estaba en el Instituto Flatiron en Nueva York. Ciudad donde se realizaron los experimentos. Un artículo que describe el trabajo fue publicado en Nature el 20 de julio.

Abrir un portal a una dimensión temporal aún más teórica suena emocionante, pero no era el plan original de los físicos. «Estábamos muy motivados para ver qué nuevos tipos de fases podrían crearse», dice el coautor del estudio Andrew Potter, físico cuántico de la Universidad de Columbia Británica. Fue solo después de considerar la nueva fase propuesta que los miembros del equipo se dieron cuenta de que podría ayudar a proteger contra errores los datos que se procesan en las computadoras cuánticas.

Zeeya Merali«Una nueva fase de la materia abre un portal a una dimensión temporal adicional» a científico americano (26 de julio de 2022)

Entonces, ¿viajar en el tiempo? No realmente. El físico Philipp Dumitrescu y sus colegas (el papel cuota o suscripción) estaban estudiando fases de la materia y se dieron cuenta de que una de ellas podría usarse como una técnica de corrección de errores para computadoras cuánticas. Usaron una frecuencia de pulso que no era ni periódica ni aleatoria, sino que seguía el secuencia Fibonacci de numeros

físico experimental Rob Sheldon ofrece una explicación:

Un trabajador dentro de la cámara de vacío DIII-D
durante un período de mantenimiento en 2017/
rswilcox 2017 (CC BY-SA 4.0)

Construyen ‘cristales de tiempo’, donde los átomos en movimiento regresan a la misma posición después de un tiempo.

Un ejemplo simple es conectar dos péndulos con un resorte y ponerlos en movimiento. Después de un tiempo, un péndulo se detiene y el otro se balancea salvajemente. Pero luego el estacionario comienza a moverse y se balancea salvajemente mientras el primero se detiene. Dura un tiempo.

Si hacemos un gráfico con el tiempo en el eje x y las posiciones de dos péndulos en el eje y, el patrón se repite con el tiempo. Este es un ejemplo de un «cristal de tiempo». Los investigadores querían hacer esto con 11 átomos en una computadora cuántica, que actuaron como «qubits» o estados cuánticos. Así que puedes pensar en ello como 11 péndulos conectados por resortes. Pero los «muelles» son en realidad dos rayos láser que los empujan.

La razón de este arreglo es que necesitamos «entrelazar» los 11 átomos en una función de onda coherente para hacer un cálculo cuántico. Pero las perturbaciones más leves «perturban» el estado entrelazado y lo destruyen o «descomponen» en movimientos aleatorios y descoordinados.

Sin embargo, para que una computadora cuántica sea útil, el estado entrelazado debe durar lo suficiente para realizar un cálculo y ser leído. Las perturbaciones eran demasiado fuertes, por lo que el estado entrelazado «deterioró» demasiado rápido para ser útil.

Durante la última década, la gente se dio cuenta de que se pueden «digitalizar» estos estados entrelazados envolviéndolos alrededor de un cristal o simetría física. Entonces, como en el modelo electrónico del átomo de Bohr, solo unas pocas ondas tienen el «tamaño» (o energía) correcto para envolver un objeto y hacer coincidir los extremos. Es como una cuerda para saltar. Puede tener ondas de 1/2 longitud de onda con un saltador (eso es normal) o, con técnicos talentosos en trabajos verticales en cuerda, el doble para dos saltadores. Pero no puede tener longitudes de onda de 0,75 y puentes de 1 1/2. Incluso debe salir.

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Este efecto es lo que transforma las ondas de esponja en unidades digitalizadas de 1/2 longitud de onda. Es un efecto «topológico» de envolver las ondas en un paquete que las transforma en números enteros. Es así como surge el “cuántico” en la mecánica cuántica (QM).

Lo que los físicos se han dado cuenta en las últimas tres décadas es que esto se aplica tanto a grandes grupos de átomos como al átomo único de Bohr. Hay ondas que envuelven un millón de átomos o incluso un billón de átomos, pero tienen que coincidir en los extremos. Esto hace posible construir (con grabado de silicio) formas macroscópicas (visibles a simple vista) con funciones de onda distintas y cuantizadas denominadas estados «topológicos».

Con una función de onda de este tipo, las pequeñas perturbaciones no tienen suficiente fuerza para empujar el estado entrelazado a otro número envolvente (mayor energía). El estado topológico es por lo tanto muy estable y robusto. Esto le da a la computadora cuántica la estabilidad que necesita para realizar cálculos en qubits.

Así comenzó el experimento: tomaron 11 átomos, conectaron los resortes y crearon un cristal de tiempo con simetría topológica (en el tiempo). Si te ayuda, piensa en las dos dimensiones de una dona como ángulos polares y acimutales que se remontan al principio. Ahora, para un cristal de tiempo, los pulsos de los dos láseres tienen compensaciones de tiempo, llamadas fases, que también se remontan al inicio. Así que hacemos un cristal de tiempo de «rosquilla».

Su cristal de tiempo no funcionaba. Los resultados fueron una mezcolanza. Demasiadas perturbaciones «resonaron» con el tiempo o la fase cristalina, estropeando el efecto. Así que decidieron alargar el tamaño. Si fuera espacio, su tamaño aumentaría de micras a metros, pero dado que usan cristales de tiempo, su «tamaño» es un tiempo de repetición muy largo. En los tokomaks de fusión nuclear, este es el «ángulo envolvente» alrededor del toroide del anillo. Si se elige correctamente, evita que los iones de hidrógeno repitan una órbita, ya que llenan densamente toda el área posible de la rosquilla como un hilo enrollado en una bobina.

Esto significa que una protuberancia o imperfección en las paredes de la rosquilla tokamak – un tokamak es una cámara de vacío en forma de rosquilla: solo afecta un átomo de hidrógeno una vez y no resuena ni agrega perturbaciones a cada órbita. Entonces, con dos láseres, crearon un cristal de tiempo donde las fases o la sincronización de los pulsos de dos láseres ajustaron el «ángulo de envoltura» en el tiempo. Cuando encontraron estos ángulos envolventes de «repetición prolongada», descubrieron que sus estados entrelazados duraban mucho más, lo que hacía posible una computadora cuántica que usaba átomos para qubits.

Encontraron una técnica útil de corrección de errores que puede ayudar en el desarrollo de computadoras cuánticas, pero en realidad no es un portal a una dimensión adicional del tiempo. Para eso, necesitamos ciencia ficción.


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