Crean un dispositivo cuántico capaz de prever hasta 16 futuros alternativos

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Parece cosa de ciencia ficción, pero se trata de un cuidadoso experimento de laboratorio. Uno que ha permitido a un equipo internacional de investigadores crear un dispositivo que es capaz de anticipar hasta 16 futuros posibles gracias al uso de la Superposición Cuántica, un principio según el cual una partícula subatómica, por ejemplo un electrón, existe al mismo tiempo en todos sus posibles estados hasta que es observada, momento en que se “materializa” en un estado concreto.

Los investigadores, del Centro Griffith de Dinámica Cuántica de la Universidad de Brisbane, en Australia, y la Escuela de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad Tecnológica de Nanyang, en Singapur, explican en un artículo recién publicado en Nature Communications que su prototipo es capaz de predecir todos los futuros posibles para un momento dado, así como un buen número de realidades alternativas, que crecen, se bifurcan y se multiplican a medida que se extienden hacia el futuro.

“Cuando pensamos en el futuro -explica el profesor Mile Gu, que desarrolló el algoritmo cuántico que hace funcionar el dispositivo- nos enfrentamos a una amplia gama de posibilidades. Y esas posibilidades crecen de forma exponencial a medida que avanzamos hacia el futuro. Por ejemplo, incluso si solo tuviéramos dos posibilidades de elección por cada minuto que pasa, en menos de media hora habría 14 millones de futuros posibles. En menos de un día, su número superaría al de todos los átomos del Universo”. Pero Gu y sus colegas se dieron cuenta de que no era necesario examinar uno por uno todos esos futuros posibles, sino que un dispositivo cuántico podía examinarlos todos al mismo tiempo si los colocaba en una superposición cuántica.

La Superposición cuántica está estrechamente relacionada con otros conceptos, como el de “dualidad onda-partícula”, según el que las partículas subatómicas pueden comportarse como ondas o como partículas concretas según la clase de medición que se esté realizando.

La idea podría simplificarse pensando que lanzamos una moneda al aire. Antes de comprobar si ha salido cara o cruz, podríamos decir que la moneda se encuentra, potencialmente, en esos dos estados a la vez. Por supuesto, en este caso estamos tratando con una probabilidad relativamente sencilla y que resulta fácil de predecir a largo plazo. Pero cuando el sistema no es tan simple y tiene más variables (y no solo dos, como son la cara o la cruz de una moneda), las estadísticas se vuelven cada vez más complejas. Y ahí es, precisamente, donde la Mecánica Cuántica acude en ayuda de los investigadores, permitiéndoles resolver (y prever) los estados finales más probables.

El dispositivo cuántico desarrollado por los científicos resulta, por supuesto, algo más complicado. De hecho, es capaz de examinar todos los futuros posibles, colocándolos en una superposición cuántica muy similar a la del célebre gato de Schröedinger, el experimento (teórico), en el que un gato encerrado en una caja junto a un veneno está, al mismo tiempo, vivo y muerto. Mientras la caja esté cerrada, en efecto, el gato tendrá exactamente las mismas probabilidades (en este caso un 50%) de estar vivo que de estar muerto. Solo al abrir la caja su estado se concretará en uno de los dos posibles.

En el dispositivo creado por los investigadores, sin embargo, un procesador de información cuántica representa los estados futuros de un proceso utilizando la ubicación de fotones (partículas de luz), para crear a continuación una superposición de todas las trayectorias posibles en las que el sistema podría evolucionar. Algo que permitió al equipo de investigadores prever y comparar todos los posibles futuros estadísticos.

“El funcionamiento de este dispositivo -explica Jayne Thompson, una de las firmantes del estudio-está inspirado en el Premio Nobel Richard Feynman. Cuando Feynman empezó a estudiar física cuántica, se fio cuenta de que cuando una partícula viaja desde el punto A hasta el punto B, no sigue necesariamente un único camino. Muy al contrario, recorre simultáneamente todos los caminos posibles que conectan ambos puntos. Nuestro trabajo extiende ese fenómeno y lo aprovecha para modelar futuros estadísticos”.

El extraordinario prototipo, además, ya ha demostrado una aplicación concreta: medir cómo el propio sesgo del experimentador hacia un resultado particular medido en el presente podría impactar en el futuro.

“Nuestro enfoque -explica Farzad Ghafari, primer firmante de la investigación- es sintetizar una superposición cuántica de todos los futuros posibles que pueden derivarse de cada sesgo. Al interferir esas superposiciones entre sí, podemos evitar totalmente la necesidad de ver cada posible futuro de forma individual. De hecho, muchos algoritmos actuales de Inteligencia Artificial aprenden a ver cómo pequeños cambios en su comportamiento pueden llevar a diferentes resultados futuros, por lo que nuestras técnicas pueden permitir que las Inteligencias Artificiales cuánticas mejoradas aprendan de una forma mucho más eficiente cuál es el efecto de sus propias aciiones”.

El equipo, además, se dio cuenta de que aunque su prototipo actual fue capaz de simular al mismo tiempo la mayoría de los 16 futuros posibles de su experimento, el algoritmo cuántico subyaciente tiene, en principio, la posibilidad de escalar esa cifra sin límite alguno. “Esto es lo que hace de este campo algo tan emocionante -asegura por su parte Geoff J. Pryde, otro de los autores del artículo de Nature Communications-. En cierto modo, recuerda mucho a las computadores de la década de 1960, cuando muy pocos eran capaces de imaginar los muchos usos que tendrían después las computadoras. Del mismo modo, hoy estamos aún a oscuras sobre lo que podrán hacer las computadoras cuánticas. Cada descubrimiento de una nueva aplicación proporciona nuevo impulso para su desarrollo”.