Pensándolo bien...

Nuestra experiencia vital respecto a tiempo es que es unidireccional. Resulta ineludible el paso incremental y hasta ahora no se conocen, ni se conciben alternativas. Percibimos un pasado, que recordamos, un presente que vivimos y un futuro que conjeturamos. Pero, lo cierto y verdad es que en las leyes de la Física que subyacen en la Naturaleza, el tiempo tiene un perfil simétrico, en el que la inversión es posible. No obstante, la asimetría del tiempo se ha percibido a lo largo de la historia, también en el ámbito científico. Eddington, acuñó el término “Flecha del tiempo”, que expresa de forma elocuente la concepción asimétrica del tiempo, que deriva de la reflexión efectuada en el marco de la segunda ley de la Termodinámica, que imposibilita la reversión. Claro que, dada a naturaleza probabilística de ésta ley y considerando el determinismo de la física clásica, la irreversibilidad no es una propiedad fundamental.

En el marco de la mecánica de ondas, clásica, la evolución temporal de un sistema se puede intervenir con la técnica denominada conjugación de fase. Es una técnica empleada en óptica para alinear o coordinar las fases de dos o más ondas. Tiene muchas aplicaciones, desde la amplificación de señales en comunicación, hasta la producción de haces láser coherentes o en la generación de imágenes holográficas. Si nos sumergimos en el marco de la óptica no lineal, se trata de un medio no lineal produce una onda que es la conjugada de fase de una onda incidente. Es decir, es un proceso en el que se produce una onda con la misma amplitud que la onda incidente, pero con la fase opuesta. La aplicación es evidente en la corrección de aberraciones ópticas o para compensar la dispersión o difracción de una señal óptica. Básicamente, se trata de mantener o restaurar la coherencia entre varias ondas, bien sea para maximizar la intensidad de la señal combinada o para producir interferencias concretas.

En el mundo microscópico, en el que reina la cuántica, la capacidad para realizar la conjugación de fases viene condicionada y limitada por el ruido cuántico, dado que no es un proceso formalmente unitario. Esto ha hecho que se mantenga como una quimera el que la dinámica de los sistemas cuánticos pueda revertirse de manera universal. Se han llevado a cabo muchas investigaciones e intentos de rebobinado. Aquellos intentos que requieren el control adaptado al sistema en estudio, no son universales. Recientemente, se ha publicado un experimento de inversión del tiempo universal, para el que se calcula la probabilidad de éxito, arbitrariamente elevada, lo que le hace determinista. El proceso se basa en la no conmutatividad de los operadores cuánticos, que es un concepto central de la mecánica cuántica. Es un diseño conceptual muy simple, que nos lleva a una implementación directa.

En una reciente publicación, titulada, “Manifestación de la inversión universal del tiempo para los procesos qubit”, de P. Schiansky y col., de la Universidad de Viena, construyen un interruptor cuántico que transforma dos operadores unitarios en uno, controlando la superposición de las dos partes que se aplican en diferentes órdenes. La clave radica en que los interruptores cuánticos permiten traducir en el tiempo, el grado de libertad interno desconocido, de un sistema objetivo, situándolo en una superposición de diferentes trayectorias. Para alguna de esas trayectorias, la evolución libre de los grados de libertad internos se ve perturbada por una interacción desconocida, pero repetible, lo que induce una evolución en el objetivo. Como la perturbación se puede realizar con cualquier interacción física, se puede aplicar a todos los sistemas cuánticos posibles. Cada interruptor cuántico, requiere una vía de los grados de libertad del sistema para inducir la superposición deseada respecto a la evolución en el tiempo. La ventaja del planteamiento es que, aunque el proceso fallara, se puede aplicar un procedimiento simple de corrección de errores. Se trabaja en tiempo real, con lo que el tiempo requerido para el rebobinado es el real.

Por el momento, el protocolo se ha aplicado a sistemas cuánticos de dos niveles. Lo relevante es que evidencia el hecho de los procesos de rebobinado están permitidos por las leyes de la Mecánica Cuántica. Cundo menos, resulta curioso que el experimentador que efectúa el experimento no precisa ningún conocimiento del sistema cuántico que trata. Ni el detalle de la dinámica interna, ni los detalles de la evolución, como consecuencia de la perturbación. El tiempo trascurrido crece linealmente con el tiempo para resultar reescrito, con una constante de proporcionalidad de la unidad. Hay que destacar que los procesos no están limitados a la fotónica de sistemas simples, porque los conceptos empleados no establecen ninguna suposición sobre el sistema físico al que se aplica. Lo contrario que ocurre cuando se emplean interferómetros, por ejemplo, con átomos fríos. La realización de un conmutador cuántico se lleva a cabo a través de un interruptor cuántico. Queda patente la utilidad en la corrección de errores activos.

Así pues, se trata de que, en el dominio de la Cuántica, el mundo de las partículas, la reversibilidad de los procesos es factible, desde un punto de vista teórico, desde hace tiempo y ahora desde el punto de vista experimental. La clave ha sido el dispositivo construido a partir de varios interferómetros enlazados mediante fibra óptica, que en conjunto se comportan como un interruptor. No es un proceso simple, sino sumamente complejo experimentalmente. Algunos de los que han asistido de cerca a la realización del experimento, lo asimilan a los equipos LIGO o VIRGO, aunque en una escala muy inferior, dada la aplicación que consiste en medir cambios a nivel cuántico. En suma, han logrado revertir la evolución en el tiempo de un fotón. Eso sí, sin conocer previamente ni su estado inicial, ni los cambios que pudo haber experimentado. Desde el punto de vista práctico, esto consiste en viajar hacia atrás en el tiempo. O sea, que sin ninguna información previa sobre el estado del sistema cuántico logran revertir la flecha del tiempo. Tendría mucho en común con una labor de arqueología, recomponiendo una pieza de barro, sin ninguna indicación sobre lo que pudo ser, ni en forma, ni las propiedades que pudo exhibir.

Una nueva era se abre al lograr la reversión en el tiempo, en especial atendiendo a que no se trata de un proceso solamente válido en sistemas cuánticos de carácter fotónico. La computación cuántica tiene una ventana abierta de par en par para manejar la corrección de errores que está siendo determinante en la evolución de las capacidades de cómputo y estabilidad de los sistemas de computación cuántica.