Cómo un ordenador cuántico distinguió la flecha del tiempo exprés

Una película de una taza rota proyectada hacia atrás parece absurda: los fragmentos no se reúnen solos para formar el todo. Esta sensación intuitiva de irreversibilidad está relacionada con el aumento de la entropía, una medida del desorden en un sistema. La segunda ley de la termodinámica afirma que la entropía de un sistema aislado no disminuye, estableciendo la dirección del tiempo del pasado al futuro. Sin embargo, las ecuaciones fundamentales de la mecánica cuántica son simétricas en el tiempo: pasado y futuro son formalmente equivalentes. ¿Cómo, entonces, de esta simetría microscópica nace la flecha macroscópica del tiempo?

Para acercarse a la respuesta, los científicos emplearon un procesador cuántico basado en un diamante de carbono que contenía diez cúbits, los análogos cuánticos de los bits clásicos, capaces de estar en superposición de estados. En este dispositivo se ejecutaron procesos que simulaban el flujo de calor de una región caliente a una fría, y sus versiones inversas. Durante la evolución se introdujeron mediciones cuánticas que inevitablemente hacían aumentar la entropía, introduciendo irreversibilidad. Los datos obtenidos, una especie de «huellas» de la evolución, se entregaron a una red neuronal.

Sin ninguna pista explícita sobre la dirección del tiempo, la red neuronal aprendió a distinguir el flujo directo del calor del inverso con una precisión del 92%. Era como si captara del ruido cuántico sutiles rasgos estadísticos de irreversibilidad ocultos en las mediciones. Esto recuerda a la situación en la que, por una leve estela en el agua, se puede determinar en qué dirección se movió un barco, incluso sin verlo.

Esto no es solo un ejercicio intelectual. La capacidad de reconocer la flecha del tiempo en sistemas cuánticos podría acercar la creación de motores térmicos microscópicos y ayudar a comprender cómo de las leyes simétricas de la física surge nuestro mundo macroscópico irreversible. Es notable que el procesador de diamante utilizado funcionara a temperatura ambiente, una cualidad rara en dispositivos cuánticos, que normalmente requieren enfriamiento extremo.