Noticia publicada a las 02:23 am 25/05/26

Por: Europa Press.

El flujo del tiempo mismo podría existir en una auténtica superposición cuántica, avanzando más rápido y más lento simultáneamente, según la teoría cuántica. Ahora, un nuevo artículo del Instituto Tecnológico Stevens (Estados Unidos) titulado "Firmas cuánticas del tiempo propio en relojes de iones ópticos", publicado en "Physical Review Letters",

demuestra que esta sorprendente posibilidad pronto podría ponerse a prueba en el laboratorio.
Pocos conceptos en física son tan familiares y a la vez tan enigmáticos como el tiempo. En la teoría de la relatividad de Einstein, el tiempo no es absoluto: su transcurso depende del movimiento y la gravedad. Pero al combinarse con la física cuántica, esta concepción relativista del tiempo se vuelve aún más contraintuitiva.
En este trabajo, un equipo liderado por el profesor adjunto de física teórica Igor Pikovski en el Instituto Tecnológico Stevens, en colaboración con los grupos experimentales de Christian Sanner en la Universidad Estatal de Colorado y Dietrich Leibfried en el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST), todos en Estados Unidos, explora los aspectos cuánticos del flujo del tiempo y cómo se puede acceder a ellos con relojes atómicos.
Sus resultados sugieren que las mismas tecnologías cuánticas que se están desarrollando para los relojes y las computadoras cuánticas de próxima generación pronto podrían explorar algo mucho más fundamental: cuando el movimiento de un reloj obedece a la mecánica cuántica, su movimiento puede existir en superposición, y con él el propio paso del tiempo registrado.
Esto es análogo al famoso experimento mental de Schrödinger, donde la naturaleza contraintuitiva de la superposición cuántica se ilustra con un gato que está vivo y muerto a la vez; aquí es el propio paso del tiempo el que está en superposición, como un gato que es joven y viejo al mismo tiempo.
"El tiempo desempeña papeles muy diferentes en la teoría cuántica y en la relatividad", afirma Pikovski. "Lo que demostramos es que al combinar estos dos conceptos se pueden revelar señales cuánticas ocultas del flujo temporal que ya no pueden describirse mediante la física clásica".
En la teoría de la relatividad, cada reloj experimenta su propio flujo temporal, que a su vez depende de la velocidad y la posición. Por ejemplo, un reloj que se mueve a 10 m/s durante 57 millones de años se retrasaría tan solo un segundo con respecto a otro reloj en reposo. Esto se ha observado y confirmado con relojes de ultraprecisión, como los relojes de iones de aluminio del NIST.
Este efecto se suele ilustrar como la "paradoja de los gemelos": dos gemelos idénticos envejecerán de forma diferente si uno de ellos realiza un viaje de ida y vuelta a alta velocidad. Sin embargo, existe una versión más contraintuitiva, la "paradoja cuántica de los gemelos", que plantea si un solo reloj puede experimentar dos momentos distintos en una superposición cuántica y volverse a la vez más joven y más viejo.
Según la teoría cuántica, tal como la describieron Pikovski y sus colaboradores hace más de una década, esto debería ocurrir. Hasta ahora, estos efectos tan sutiles habían estado fuera del alcance experimental; sin embargo, el nuevo estudio teórico del equipo demuestra que los relojes atómicos ya son capaces de lograrlo.

Los autores del artículo, ahora publicado, investigaron la interacción entre el tiempo relativista y los efectos cuánticos en relojes atómicos, como los desarrollados en el NIST y en la Universidad Estatal de Colorado, donde los científicos atrapan iones individuales (como aluminio o iterbio), los enfrían a una temperatura cercana al cero absoluto y manipulan sus estados cuánticos con pulsos láser.

Los resultados de su estudio demuestran que, al combinar la tecnología de relojes, que mejora rápidamente, con las técnicas de información cuántica desarrolladas para la computación cuántica de iones atrapados, se pueden observar características cuánticas del tiempo únicas y hasta ahora no detectadas.

"Los relojes atómicos son ahora tan sensibles que pueden detectar pequeñas diferencias de tiempo causadas únicamente por las vibraciones térmicas a temperaturas minúsculas", apunta Gabriel Sorci, candidato a doctorado en el Instituto Tecnológico Stevens y coautor del artículo. "Pero incluso a la temperatura del cero absoluto, el estado fundamental, la frecuencia de reloj seguirá viéndose afectada únicamente por las fluctuaciones cuánticas".

El equipo fue un paso más allá. En lugar de simplemente enfriar los átomos, demostraron que se puede manipular el vacío mismo, creando los llamados estados comprimidos en los que la posición y la velocidad del reloj exhiben un comportamiento cuántico sutil.

El resultado es una nueva manifestación del tiempo relativista en el régimen cuántico, donde surgen superposiciones y entrelazamiento temporal: un solo reloj puede medir cómo avanza y retrocede simultáneamente, y entrelazarse con el movimiento comprimido. El equipo ahora se propone demostrar los efectos en el laboratorio.

"Contamos con la tecnología para generar la compresión necesaria y un camino para alcanzar la precisión de reloj requerida en los relojes iónicos para observar tales efectos por primera vez", informa Sanner, de la Universidad Estatal de Colorado.

De cara al futuro, Pikovski, cuyo trabajo reciente incluye demostrar que se pueden detectar gravitones individuales mediante tecnología cuántica, apunta a una perspectiva más amplia. "La física aún está llena de misterios en su nivel más fundamental. Las tecnologías cuánticas nos están brindando nuevas herramientas para esclarecerlos".

Fuente: La Jornada.

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