Mira una película al revés y probablemente te confundirás, pero una computadora cuántica no lo haría. Esa es la conclusión de la investigadora Mile Gu del Centro de Tecnologías Cuánticas (CQT) de la Universidad Nacional de Singapur y la Universidad Tecnológica de Nanyang y colaboradores.

En una investigación publicada el 18 de julio en Revisión física X , el equipo internacional muestra que una computadora cuántica es menos esclava de la flecha del tiempo que una computadora clásica. En algunos casos, es como si la computadora cuántica no necesitara distinguir entre causa y efecto en absoluto.

El nuevo trabajo está inspirado en un influyente descubrimiento realizado hace casi 10 años por los científicos de complejidad James Crutchfield y John Mahoney de la Universidad de California. Davis. Demostraron que muchas secuencias de datos estadísticos tendrán una flecha de tiempo incorporada. Un observador que ve los datos reproducidos de principio a fin, como los fotogramas de una película, puede modelar lo que viene a continuación utilizando solo una pequeña cantidad de memoria sobre lo que ocurrió antes. Un observador que intente modelar el sistema a la inversa tiene una tarea mucho más difícil:potencialmente necesita rastrear órdenes de magnitud de más información.

Este descubrimiento llegó a conocerse como asimetría causal. Parece intuitivo, después de todo, Modelar un sistema cuando el tiempo corre hacia atrás es como tratar de inferir una causa de un efecto. Estamos acostumbrados a encontrar eso más difícil que predecir un efecto a partir de una causa. En todos los días de la vida, comprender lo que sucederá a continuación es más fácil si sabe lo que acaba de suceder, y lo que sucedió antes de eso.

Sin embargo, los investigadores siempre están intrigados por descubrir asimetrías relacionadas con el ordenamiento temporal. Esto se debe a que las leyes fundamentales de la física son ambivalentes sobre si el tiempo avanza o retrocede. "Cuando la física no impone ninguna dirección en el tiempo, ¿De dónde proviene la asimetría causal, la sobrecarga de memoria necesaria para revertir la causa y el efecto? ”, pregunta Gu.

Los primeros estudios de asimetría causal utilizaron modelos con la física clásica para generar predicciones. Crutchfield y Mahoney se asociaron con Gu y sus colaboradores Jayne Thompson, Andrew Garner y Vlatko Vedral en CQT para averiguar si la mecánica cuántica cambia la situación.

Descubrieron que sí. Modelos que utilizan la física cuántica, el equipo prueba, puede mitigar por completo la sobrecarga de memoria. Un modelo cuántico forzado a emular el proceso en tiempo inverso siempre superará a un modelo clásico que emula el proceso en tiempo de avance.

El trabajo tiene algunas implicaciones profundas. "Lo más emocionante para nosotros es la posible conexión con la flecha del tiempo, "dice Thompson, primer autor de la obra. "Si la asimetría causal solo se encuentra en modelos clásicos, sugiere nuestra percepción de causa y efecto, y así el tiempo, puede surgir de la aplicación de una explicación clásica sobre eventos en un mundo fundamentalmente cuántico, " ella dice.

Próximo, el equipo quiere entender cómo esto se conecta con otras ideas del tiempo. "Cada comunidad tiene su propia flecha del tiempo, y todos quieren explicar de dónde vienen, "dice Vedral. Crutchfield y Mahoney llamaron a la asimetría causal un ejemplo de la" flecha de púas "del tiempo.

La más icónica es la flecha termodinámica. Viene de la idea de que el desorden, o entropía, siempre aumentará, un poco aquí y allá, en todo lo que pasa, hasta que el universo termine como uno grande, lío caliente. Si bien la asimetría causal no es lo mismo que la flecha termodinámica, podrían estar interrelacionados. Los modelos clásicos que rastrean más información también generan más desorden. "Esto sugiere que la asimetría causal puede tener consecuencias entrópicas, "dice Thompson.

Los resultados también pueden tener un valor práctico. Eliminar la sobrecarga clásica para revertir la causa y el efecto podría ayudar a la simulación cuántica. "Como una película que se reproduce al revés, a veces se nos puede pedir que demos sentido a las cosas que se presentan en un orden que es intrínsecamente difícil de modelar. En esos casos, Los métodos cuánticos podrían resultar mucho más eficientes que sus homólogos clásicos, "dice Gu.