El equipo de investigación manipuló relojes atómicos ultraproductos que atrapan iones individuales como el aluminio y el iterbio, enfriándolos a temperaturas cercanas al cero absoluto. Al golpear estos iones atrapados con pulsos de láser, forzaron a los relojes a estados cuánticos donde el concepto de una sola tasa de tic uniforme se descompone por completo. En lugar de medir el tiempo a una velocidad consistente, un solo reloj en superposición cuántica experimenta múltiples tasas de pasaje del tiempo a la vez: envejece tanto más rápido como más lento en el mismo momento. Esto no es solo una abstracción teórica de la física. Las implicaciones surgen de fusionar la relatividad de Einstein (que dice que los relojes marcan a diferentes ritmos dependiendo de la velocidad y la gravedad) con la mecánica cuántica (que dice que las partículas pueden existir en múltiples estados simultáneamente). Investigadores del NIST mostraron anteriormente que un reloj que se mueve a solo 10 metros por segundo quedaría detrás de un reloj estacionario por un segundo después de 57 millones de años. Ahora imagine que ese mismo reloj existe en una superposición de diferentes velocidades: experimentaría múltiples líneas temporales simultáneamente. El equipo fue más allá manipulando el vacío cuántico mismo, creando lo que los físicos llaman "estados comprimidos" donde la posición y velocidad del reloj exhiben un comportamiento cuántico puro. Gabriel Sorci, un candidato a doctorado en Stevens que trabajó en el proyecto, explicó que los relojes atómicos se han vuelto tan sensibles que detectan pequeñas diferencias de tiempo debido a vibraciones térmicas a temperaturas cercanas al cero absoluto. Pero incluso en el estado teórico de energía térmica cero, las fluctuaciones cuánticas aún afectan la tasa de tictac. Igor Pikovski, profesor asistente de física teórica en Stevens, propuso por primera vez esta idea hace más de una década, pero carecía de la tecnología para probarla. La generación actual de relojes atómicos y herramientas de manipulación cuántica finalmente hacen posible la verificación experimental. El marco teórico publicado en Physical Review Letters proporciona la base matemática; ahora viene la parte difícil de demostrar realmente estos efectos en un laboratorio. El trabajo revela algo profundo sobre la estructura de la realidad: el tiempo no es el metrónomo rígido y universal que experimentamos en la vida diaria. A escalas cuánticas, el tiempo se vuelve tan difuso y probabilístico como la posición o el momento de las partículas. Esto desafía la suposición de la física clásica de que el tiempo fluye de manera uniforme para todos los observadores, reemplazándola con una imagen cuántica donde el flujo temporal mismo se convierte en objeto de superposición y entrelazamiento.
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Su reloj es tanto rápido como lento, demuestran científicos
Físicos acaban de demostrar que el tiempo mismo puede existir en superposición cuántica, lo que significa que un solo reloj atómico puede marcar múltiples velocidades simultáneamente. El avance del Instituto Stevens, de la Universidad Estatal de Colorado y del NIST (Instituto Nacional de Estándares y Tecnología) reescribe nuestra comprensión de cómo fluye el tiempo a nivel cuántico.
Mi opinion
Este es el tipo de física que hace que tu cerebro duela de la mejor manera. Sabemos desde Einstein que el tiempo es relativo; los satélites GPS literalmente tienen que tener en cuenta la dilatación temporal o tu navegación estaría equivocada por millas. Pero el giro cuántico lo cambia todo. Si el tiempo puede estar en superposición, entonces la causalidad misma se vuelve probabilística a pequeñas escalas. Eso no es solo filosóficamente interesante; es un desafío fundamental a cómo entendemos la causa y efecto en el universo. La verdadera historia aquí es sobre la capacidad experimental alcanzando a la teoría descabellada. Pikovski planteó esta idea cuando Obama aún era presidente, pero las herramientas no existían para probarla. Ahora tenemos relojes atómicos lo suficientemente sensibles como para detectar diferencias de tiempo debido a fluctuaciones cuánticas en un vacío. Esa es una precisión impresionante. Cuando realicen los experimentos reales, podríamos descubrir que todo nuestro marco para entender la flecha del tiempo necesita revisión. O podríamos encontrar que los efectos del tiempo cuántico son tan minúsculos que nunca importarán fuera de las revistas de física. De cualquier manera, estamos a punto de aprender algo extraño sobre la realidad.
Que pasa despues
Los equipos de Stevens y NIST intentarán la demostración real en el laboratorio dentro de los próximos 12 a 18 meses, utilizando probablemente sus relojes de iones de iterbio o aluminio en cámaras de vacío controladas. La parte complicada no es crear la superposición cuántica; eso ya lo han hecho; es medir los efectos temporales sin colapsar el estado cuántico prematuramente. Esperen que utilicen técnicas de medición no destructivas cuánticas tomadas de la detección de ondas gravitacionales para observar indirectamente las tasas de tictac superpuestas del reloj. Si tienen éxito, esto abrirá una puerta extraña: computadoras cuánticas que explotan la superposición temporal para cálculos. En este momento, las computadoras cuánticas utilizan estados de partículas superpuestos. Pero si el tiempo mismo puede estar en múltiples estados, teóricamente podrías realizar cálculos a lo largo de múltiples caminos temporales simultáneamente; no solo procesamiento paralelo en el espacio, sino procesamiento paralelo en el tiempo. Eso es especulativo, pero el establecimiento de investigación cuántica chino sin duda correrá hacia ello. Pekín ha invertido miles de millones en ciencia cuántica, y una computadora cuántica del tiempo sería el máximo despliegue. Dentro de cinco años, veremos afirmaciones en competencia de laboratorios estadounidenses y chinos sobre quién primero aprovechó el tiempo superpuesto para la computación.