¿Estamos viviendo en una simulación por computadora? Curiosamente, el quid de esta pregunta puede estar escondido en un fenómeno cuántico exótico que aparece en los metales como respuesta a los giros de la geometría del espacio-tiempo.

Un tema recurrente en la ciencia ficción, más famoso por la trilogía de películas "Matrix", es si nuestra realidad física es una simulación por computadora. Si bien esto parece ser una idea bastante filosófica, en física teórica tiene un giro interesante cuando se aplica a simulaciones por computadora de sistemas cuánticos complejos.

¿Cómo se puede siquiera intentar dar una respuesta a esta pregunta? En una nueva investigación publicada en Avances de la ciencia revista, un equipo de físicos teóricos de la Universidad de Oxford y la Universidad Hebrea, puede haber encontrado una manera de abordar esta respuesta.

Al intentar abordar una simulación por computadora de un fenómeno cuántico que ocurre en metales, los investigadores, Zohar Ringel y Dmitry Kovrizhin, encontró pruebas de que tal simulación es imposible por principio. Más precisamente, mostraron cómo la complejidad de esta simulación, - que se puede medir en varias horas de procesador, tamaño de la memoria, y facturas de luz, - aumentos en línea con el número de partículas que habría que simular.

Si la cantidad de recursos computacionales requeridos para una simulación cuántica aumenta lentamente (por ejemplo, linealmente) con el número de partículas en el sistema, entonces hay que duplicar el número de procesadores, memoria, etc. para poder simular un sistema dos veces más grande en la misma cantidad de tiempo. Pero si el crecimiento es exponencial, o en otras palabras, si por cada partícula extra uno tiene que duplicar el número de procesadores, memoria, etc., entonces esta tarea se vuelve intratable. Nota, que incluso para almacenar la información sobre unos pocos cientos de electrones en una computadora, se requeriría una memoria construida a partir de más átomos de los que hay en el Universo.

Los investigadores identificaron un fenómeno físico particular que no puede ser capturado por ningún cuanto local:la simulación de Monte-Carlo. Es un efecto curioso, que se conoce desde hace décadas, pero solo se ha medido indirectamente. En el campo de la física de la materia condensada, se llama "conductancia de Hall térmica" y en física de altas energías se conoce como "anomalía gravitacional".

En palabras sencillas, La conductancia de Hall térmica implica una generación de corrientes de energía en la dirección transversal a cualquiera de los gradientes de temperatura, o un giro en la geometría subyacente del espacio-tiempo. Se cree que muchos sistemas físicos en campos magnéticos elevados y a temperaturas muy bajas exhiben este efecto. Curiosamente, estos sistemas cuánticos han estado evadiendo algoritmos de simulación numérica eficientes durante décadas.

En su trabajo, los teóricos demostraron que para los sistemas que exhiben anomalías gravitacionales, las cantidades involucradas en las simulaciones cuánticas de Montecarlo adquirirán un signo negativo o se volverán complejas. Esto arruina la eficacia del enfoque de Montecarlo a través de lo que se conoce como "el problema de los signos". Encontrar una solución al "problema de los signos" haría posibles las simulaciones cuánticas a gran escala, para que la prueba de que este problema no se puede resolver para algunos sistemas, es importante.

“Nuestro trabajo proporciona un vínculo intrigante entre dos temas aparentemente no relacionados:anomalías gravitacionales y complejidad computacional. También muestra que la conductancia de Hall térmica es un efecto cuántico genuino:uno para el que no existe un análogo clásico local ', dice Zohar Ringel, profesor de la Universidad Hebrea, y coautor del artículo.

Este trabajo también trae un mensaje tranquilizador a los físicos teóricos. A menudo se dice en la sociedad que las máquinas están reemplazando a las personas, y eventualmente asumirá puestos de trabajo humanos. Por ejemplo, en el caso de que alguien, por ejemplo, crea una computadora lo suficientemente potente como para simular todas las propiedades de grandes sistemas cuánticos, En un parpadeo. Claramente, el atractivo de contratar a un físico teórico para hacer exactamente el mismo trabajo (con las consideraciones generales del espacio de oficina, dinero para el viaje, pensión, etc.) disminuiría considerablemente.

Pero, ¿Deberían alarmarse los físicos teóricos ante esta posibilidad? En el lado brillante, hay muchos sistemas cuánticos importantes e interesantes, algunos relacionados con la superconductividad de alta temperatura, y otros relacionados con la computación cuántica topológica, para los cuales no se conocen algoritmos de simulación eficientes. Por otra parte, ¿Quizás esos algoritmos están esperando ser descubiertos? El profesor Ringel y Kovrizhin argumentan que, cuando se trata de un subconjunto físicamente importante de datos cuánticos complejos, una clase de algoritmos tan amplia como los algoritmos de Monte-Carlo, no pueden ser más astutos que nosotros y no es probable que lo hagan en un futuro próximo.

En el contexto de la pregunta original de si nuestra realidad percibida es realmente solo una parte de un experimento alienígena avanzado, este trabajo puede brindarnos más seguridad a algunos de nosotros.