Recreación de un agujero negro

Un equipo de físicos de la Universidad de California en Berkeley ha conseguido, por primera vez, utilizar una computadora cuántica para «echar un vistazo» a lo que hay dentro de un agujero negro. Es solo un primer paso, pero siguiendo este camino pronto será posible utilizar bits cuánticos entrelazados para explorar el misterioso interior e estos extraños objetos, en el límite mismo de las leyes de la Física. El trabajo se acaba de publicar en Nature.

Hoy por hoy, nadie sabe a ciencia cierta lo que sucede cuando la materia desaparece dentro de un agujero negro. Toda la información adjunta a esa materia, la identidad de todos sus constituyentes, incluso la energía y el impulso que llevaban sus partículas más elementales se mezclan, al entrar en el agujero, con toda la demás materia e información que éste contiene, haciendo aparentemente imposible su recuperación.

Lo cual conduce a una situación que la Física lleva décadas intentando resolver, la llamada «paradoja de la información del agujero negro». Las leyes de la Mecánica Cuántica, en efecto, afirman que la información nunca se pierde, incluso cuando desaparece dentro de un agujero negro. Pero al mismo tiempo sabemos que cualquier cosa que entre en un agujero negro jamás podrá volver a salir de él. A todos los efectos, pues, será como si se hubiera perdido para siempre.

Y aquí es donde empieza la confusión. Algunos físicos afirman que la información que cae al agujero tras cruzar el horizonte de sucesos (la línea imaginaria que, una vez traspasada, no permite el regreso) se perderá para toda la eternidad. Otros, por el contrario, argumentan que sería posible reconstruir esa información, aunque solo después de esperar sentados hasta que el agujero negro se haya evaporado por completo. Un proceso que necesita una cantidad inimaginable de tiempo.

Gracias a Stephen Hawking sabemos que los agujeros negros, en realidad, no son tan negros como parecía, ya que emiten una pequeña cantidad de radiación (conocida como radiación Hawking en honor del genial físico británico), causada por las fluctuaciones cuánticas que tienen lugar en el mismísimo borde del agujero. Desafortunadamente, los cálculos indican que un agujero negro que tuviera la misma masa que nuestro Sol (y los hay muchísimo más grandes) tardaría unos 10 elevado a 67 años en evaporarse, lo cual es muchísimo más tiempo que la propia edad del Universo. En teoría, una vez evaporado el agujero, la información que contenía volvería a ser accesible.

Un «resquicio cuántico»

Pero los investigadores de Berkeley han descubierto que podría haber otra forma de recuperar esa información más rápidamente. Un «resquicio cuántico» que permitiría medir las sutiles «relaciones» entre el interior del agujero negro y la radiación Hawking que éste emite continuamente. El truco consistiría en sacar provecho de una propiedad de las partículas subatómicas, el entrelazamiento cuántico, que en palabras llanas consiste en una especie de «comunicación instantánea» que permite a las partículas entrelazadas conocer, y reaccionar en tiempo real, con lo que les sucede a sus «hermanas», sin importar la distancia que las separe.

Y resulta que dos bits de información, como los bits cuánticos o qubits de las computadoras cuánticas, están tan íntimamente entrelazados que el estado de uno de ellos determina automáticamente el estado del otro, estén donde estén cada uno de ellos. Los físicos se refieren a esta extraña capacidad, miles de veces comprobada pero aún no del todo entendida, como la «acción fantasmal a distancia». De hecho, se podría decir que las mediciones efectuadas sobre qubits entrelazados son posibles gracias a la « teleportación cuántica» de la información de un qubit al otro.

En palabras de Norman Yao, uno de los firmantes del artículo, «podríamos recuperar la información caída dentro de un agujero negro llevando a cabo un cálculo masivo de los fotones de Hawking salientes. Se espera que esto resulte muy, muy difícil, pero si creemos en la Mecánica Cuántica, algo así debería, en principio, ser posible. Y eso es exactamente lo que estamos haciendo aquí, pero en un pequeño águjero negro de tres qubits dentro de una computadora cuántica de siete qubits».

Aunque en la práctica la complicación es enorme, la idea de base resulta relativamente sencilla. Se trata de dejar caer un qubit entrelazado dentro de un agujero negro y analizar después la radiación Hawking emergente. En teoría, de esta forma sería posible determinar el estado del qubit que ha caído dentro del agujero, proporcionando así una ventana que nos permitiría observar lo que hay «dentro del abismo».

El esquema ilustra la "paradoja de la información del agujero negro". Alice introduce un qubit en el agujero y le pide a Bob que lo reconstruya usando solo la radiación Hawking emergente
El esquema ilustra la “paradoja de la información del agujero negro”. Alice introduce un qubit en el agujero y le pide a Bob que lo reconstruya usando solo la radiación Hawking emergente

Basandose en estas premisas, Yao y su colega Beni Yoshida, otro de los firmantes del artículo, propusieron el año pasado un experimento para demostrar la bondad de su idea. «Con nuestro protocolo -explica Yao- si se consigue medir una teleportación cuya fidelidad sea lo suficientemente alta, entonces se podría garantizar que se produjo una mezcla en el interior del circuito cuántico. Con eso, decidimos llamar a mi amigo Chris Monroe».

Monroe, físico de la Universidad de Maryland y otro de los autores de esta investigación, decidió intentar el experimento. Y al implementar el protocolo de Yao y Yoshida consiguió, efectivamente, medir la correlación que andaba buscando. Monroe y sus colegas, en efecto, midieron una fidelidad de teleportación cercana al 80%, lo que indicaba que por lo menos la mitad del estado cuántico había «pasado» del qubit enviado al interior del diminuto agujero negro, al otro qubit del exterior y entrelazado con él. En otras palabras, habían conseguido «extraer» información de dentro del agujero negro.

Con todo, la investigación apenas si ha conseguido arañar la superficie del problema. Pero ha demostrado que en el futuro sería posible desarrollar un sistema capaz de extraer información del interior de un agujero negro, una especie de «sonda cuántica» enviada al corazón mismo de lo desconocido, allí donde las leyes de la Física se rompen y el hombre, seguramente, no podrá llegar jamás.}

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