Esto no te lo esperabas: el mundo cuántico también está regido por la causalidad, como en nuestra realidad clásica

Autor: Cyp Noticias

En el apasionante mundo de la física cuántica, nos encontramos con fenómenos que desafían nuestra comprensión tradicional del universo. Uno de estos fenómenos fascinantes es el orden causal indefinido, que plantea la intrigante pregunta de si dos eventos pueden ocurrir sin un antes o un después claramente definido. Tres investigaciones recientes publicadas en destacadas revistas científicas abordan este tema desde una perspectiva innovadora, arrojando luz sobre la conexión entre el espacio-tiempo clásico y los procesos cuánticos más exóticos.

¿Qué es el orden causal indefinido?

El orden causal indefinido es un concepto que desafía nuestra intuición, ya que implica que no existe una secuencia fija entre dos eventos. En lugar de seguir un orden lineal, estos eventos podrían ocurrir en superposición cuántica, lo que plantea interrogantes sobre la naturaleza misma del tiempo y el espacio. Según los investigadores, para que estos procesos cuánticos existan dentro del marco clásico del espacio-tiempo, es necesario que los sistemas involucrados no estén completamente localizados, lo que implica una ruptura con la noción de localidad clásica.

El papel de la aciclicidad en los procesos cuánticos

Un aspecto fundamental en este debate es la diferencia entre estructuras cíclicas y acíclicas. Mientras que en un sistema cíclico los eventos pueden influenciarse mutuamente sin un orden fijo, en un sistema acíclico existe una clara secuencia temporal. Los investigadores han demostrado que cualquier proceso cuántico con orden causal indefinido puede representarse como un proceso acíclico equivalente a través de una técnica llamada «descomposición fina». Este descubrimiento sugiere que lo que percibimos como estructuras cíclicas podría ser una ilusión causada por la falta de resolución en nuestras mediciones actuales.

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Experimentos y el interruptor cuántico

Uno de los experimentos más destacados relacionados con el orden causal indefinido es el «interruptor cuántico», en el cual un qubit de control determina el orden en el que dos operaciones actúan sobre un sistema objetivo. Aunque los resultados parecen indicar un orden causal indefinido, los investigadores plantean dudas sobre si estos experimentos realmente implementan este fenómeno o simplemente simulan su existencia. La interacción entre la mecánica cuántica y la relatividad también plantea desafíos interesantes en este campo.

Implicaciones futuras y la conexión con la gravedad cuántica

Si bien el orden causal indefinido ha demostrado ser útil en diversas aplicaciones teóricas y prácticas, queda por resolver cómo interactúa con la gravedad cuántica. Los investigadores se preguntan si existe una forma de «causalidad indefinida genuina» en estos escenarios o si todo puede reducirse finalmente a estructuras acíclicas. Resolver estas incógnitas ofrecería nuevas perspectivas para experimentos en el límite entre la mecánica cuántica y la relatividad general.

Críticas y desafíos experimentales del orden causal indefinido

A pesar del entusiasmo generado por los experimentos relacionados con el orden causal indefinido, han surgido críticas y desafíos que resaltan las limitaciones actuales de esta línea de investigación. Problemas como el «problema de los eventos múltiples», el uso múltiple de elementos ópticos y la localización temporal de los eventos cuánticos cuestionan la validez de los resultados observados. No obstante, los defensores del orden causal indefinido argumentan que estas limitaciones ofrecen oportunidades para mejorar los diseños experimentales y ampliar su aplicabilidad en diversas áreas.

Referencias

  • V. Vilasini y R. Renner, Embedding cyclic causal structures in acyclic spacetimes: no-go results for indefinite causality, Physical Review A, vol. 110, 022227, 2024. DOI: 10.1103/PhysRevA.110.022227
  • V. Vilasini y R. Renner, Fundamental limits for realizing quantum processes in spacetime, Physical Review Letters, vol. 133, 080201, 2024. DOI: 10.1103/PhysRevLett.133.080201
  • Rozema, L.A., Strömberg, T., Cao, H. et al. Experimental aspects of indefinite causal order in quantum mechanics. Nat Rev Phys 6, 483–499 (2024). https://doi.org/10.1038/s42254-024-00739-8
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