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Los agujeros negros en el estado cuántico superan los límites de lo extraño

El Universo nos revela que siempre es más extraño, misterioso y fascinante de lo que la mayoría de nosotros podíamos haber imaginado: un nuevo estudio ha descubierto que los agujeros negros, afectados por el fenómeno de la superposición cuántica, pueden tener masas muy diferentes al mismo tiempo. : extrapolando esta idea a una persona, significaría que puede ser alto y bajo o ancho y delgado al mismo tiempo. Esta situación, tan desconcertante para nuestro entendimiento, arraigada en la física tradicional, podría ser la realidad de los agujeros negros cuánticos.

La investigación realizada por un equipo de físicos teóricos dirigido por la Universidad de Queensland en Australia ha confirmado las extrañas propiedades cuánticas que exhiben los agujeros negros bajo ciertas condiciones, incluida su aterradora capacidad de tener diferentes masas simultáneamente.

El grupo de científicos, dirigido por Joshua Foo, realizó cálculos que revelan sorprendentes fenómenos cuánticos relacionados con los agujeros negros. Según un comunicado de prensa, si bien sabemos que los agujeros negros son quizás los objetos cósmicos más intrigantes del Universo, aún no se ha determinado si exhiben algunos de los comportamientos extraños y maravillosos de la física cuántica.

¿Diferentes masas al mismo tiempo?

Un agujero negro se forma cuando la gravedad comprime una gran cantidad de materia increíblemente densa en un espacio diminuto, desarrollando una atracción gravitatoria tan fuerte que ni siquiera la luz puede escapar de ese punto del cosmos. Sin embargo, se supone que en este contexto tan diferente de la realidad que conocemos, las propiedades de la materia siguen, al menos a grandes rasgos, patrones lógicos según nuestra visión, de tal forma que un objeto no puede tener dos masas diferentes al mismo tiempo. Reporte del clima.

Sin embargo, los científicos australianos, que publicaron recientemente el nuevo estudio en la revista Physical Review Letters, creen haber demostrado exactamente lo contrario: afectados por el fenómeno de la superposición cuántica, los agujeros negros pueden tener masas muy diferentes al mismo tiempo, rompiendo con todo. los patrones que nuestro cerebro puede llegar a entender.

En otras palabras, significaría que si se aplicara la misma propiedad a cualquier objeto o estructura presente en nuestra realidad, ese objeto podría ser alto y bajo al mismo tiempo o, quizás, delgado y ancho al mismo tiempo. . La superposición cuántica es un estado en el que las partículas, en una escala cuántica, pueden existir en múltiples estados al mismo tiempo. Sin embargo, hasta ahora esta compleja idea parecía ser patrimonio exclusivo de los fenómenos cuánticos, hasta entonces limitados, al menos en el imaginario colectivo, a experimentos de laboratorio.

¿Un camino posible hacia la anhelada “teoría del todo”?

Los investigadores también verificaron que los agujeros negros solo pueden tener masas que mantengan ciertos valores, es decir, deben estar dentro de ciertas bandas o proporciones, similares a los niveles de energía del trabajo de un átomo, por ejemplo. Esta condición había sido predicha por muchos de los «pioneros» de la física cuántica, como el físico Jacob Bekenstein. El modelo matemático desarrollado en el nuevo estudio muestra que las masas superpuestas en los agujeros negros están, de hecho, en ciertas bandas o proporciones.

Si se confirma esta teoría, una mejor comprensión de la naturaleza cuántica de los agujeros negros podría mostrarnos cómo dos concepciones científicas aparentemente opuestas, como la mecánica cuántica y la teoría de la relatividad general, pueden reconciliarse e incluso unificarse. Los dos explican perfectamente el mundo subatómico y el Universo visible, respectivamente, pero no pueden trabajar juntos.

Los nuevos conocimientos sobre los agujeros negros cuánticos deberían al menos acercarlos lo suficiente como para producir una gran teoría nueva sobre cómo funciona el Universo en todas las escalas, desde grandes estructuras cósmicas hasta partículas subatómicas. La llamada gravedad cuántica, un área de la física teórica que busca precisamente unificar la teoría cuántica con la relatividad general, sería la llave que abriría la puerta a una nueva gran revolución científica.

Referencia

Firmas cuánticas de superposiciones de masas de agujeros negros. Joshua Foo, Cemile Senem Arabaci, Magdalena Zych y Robert B. Mann. Cartas de Examen Físico (2022). DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.129.181301

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Nuevo dispositivo podría devolver la inteligencia artificial a la cuántica

Un dispositivo llamado memristor cuántico podría integrar el mundo cuántico con inteligencia artificial (IA), desbloqueando capacidades tecnológicas sin precedentes en la historia humana. Haría posibles redes neuronales artificiales capaces de aplicar superposición cuántica: operarían en diferentes estados simultáneamente, multiplicando así su funcionalidad.

Investigadores de la Universidad de Viena, Austria, han obtenido resultados prometedores en un experimento que sienta las bases para la futura Inteligencia Artificial (IA) con potencial cuántico: el desarrollo de un nuevo dispositivo, llamado memristor cuántico, permitirá aprovechar todo el potencial de los recursos cuánticos dentro de la Inteligencia Artificial, uno de los mayores retos de la investigación actual en física cuántica e informática.

Los memristores son dispositivos utilizados en el campo de las redes neuronales artificiales, que muestran una notable similitud en su comportamiento con las sinapsis neuronales humanas. Como resultado, el memristor se ha convertido en un componente fundamental de las arquitecturas neuromórficas, es decir, aquellos avances en IA que intentan “copiar” el funcionamiento del cerebro humano.

Capacidades tecnológicas ilimitadas

Ahora, el nuevo estudio de científicos austriacos, que colaboraron con sus homólogos italianos del Consejo Nacional de Investigación (CNR) y el Politécnico de Milán, ha llevado a la creación de un memristor cuántico, que tiene el mismo comportamiento que un memristor clásico, pero que también actúa sobre estados cuánticos, como la superposición, y es capaz de codificar y transmitir información cuántica.

El experimento, publicado recientemente en la revista Nature Photonic, demostró que los memristores pueden incorporar fotones cuánticos en su funcionamiento. Estos fotones individuales, o partículas cuánticas individuales de luz, pueden propagarse simultáneamente en una superposición de dos o más estados, en un fenómeno conocido como superposición cuántica. Según un comunicado de prensa, al unirse a la operación del memristor, amplían sus capacidades prácticamente de forma ilimitada.

una nueva etapa

Descubiertos en 2008, se sabe que los memristores son resistencias de «memoria»: realizan cálculos pero al mismo tiempo tienen memoria incorporada y pueden programarse, «aprendiendo» de operaciones pasadas para enfrentar nuevos desafíos. Realizan así una función similar a la que desarrollan en el cerebro las neuronas especializadas en la memoria.

Como las redes neuronales artificiales, que son el “corazón” de la Inteligencia Artificial, funcionan a partir de nodos interconectados como lo hace el cerebro humano, el uso de memristores permite realizar de forma rápida y eficiente los cálculos que implican estas redes de neuronas. Si le añadiéramos recursos cuánticos, se abrirían posibilidades tecnológicas prácticamente ilimitadas.

El camino hacia la IA cuántica

Con base en estos diagramas, los investigadores demostraron además que los robots guiados por IA pueden aprender más rápido cuando usan recursos cuánticos y orientarse en función de los parámetros aprendidos de la computación cuántica. Por tanto, este nuevo logro podría ser el primer paso para que la inteligencia artificial cuántica se convierta en una realidad tangible.

Si los dispositivos que funcionan con redes neuronales artificiales, especialmente aquellos que pueden imitar mejor al cerebro humano, ya son capaces de reconocer un rostro, interpretar imágenes médicas o conducir un vehículo, todo indica que asimilando funcionalidades cuánticas su desarrollo hacia el futuro abrirá el camino puertas a un nuevo universo tecnológico, con impacto directo en nuestro día a día.

Referencia

Memristor cuántico fotónico experimental. Spagnolo, M., Morris, J., Piacentini, S. et al. Fotónica de la Naturaleza (2022). DOI: https://doi.org/10.1038/s41566-022-00973-5

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