Redacción del Portal de Innovación TecnológicaEl tiempo que vuelve y el tiempo que noAunque los filósofos se han preguntado durante milenios por qué el tiempo no retrocede, las leyes conocidas de la física son perfectamente simétricas con respecto al tiempo: no existiría una flecha del tiempo que vaya inexorablemente del pasado al futuro.Se llama "simetría del tiempo": las leyes matemáticas de la física funcionan tan bien para los eventos que siguen su curso inexorable hacia el futuro como para el pasado.Es decir, para la física moderna, los procesos físicos podrían "rebobinarse" en el tiempo y seguir teniendo sentido.Pero esto no es lo que vemos en la realidad cotidiana, en la dimensión del espacio físico y en la escala temporal de los humanos.Cuando involucramos la termodinámica y la entropía, observamos que no es posible restaurar las condiciones iniciales de un sistema.Un ejemplo típico de esta definición de irreversibilidad lo da el experimento de Joule: un volumen de agua puede calentarse mecánicamente, pero no enfriarse.El concepto de una máquina cíclica que realiza una transformación fue generalizado por von Neumann, en el llamado constructor, un sistema capaz de realizar una determinada tarea en otro sistema y siendo capaz de repetir el procedimiento.Por lo tanto, una transformación solo es posible si hay un constructor capaz de realizarla.Pero, ¿cómo conciliar los dos?Los experimentos relacionados con la termodinámica prueban la irreversibilidad, mientras que los experimentos con la mecánica cuántica prueban la reversibilidad temporal.Chiara Marletto y sus colegas del Instituto Nacional de Investigación Metrológica en Italia y la Universidad de Oxford en el Reino Unido creen que han encontrado una descripción de la transición suave entre estos dos reinos.Según el equipo, no hay incompatibilidad entre la irreversibilidad y las leyes simétricas de inversión del tiempo de la mecánica cuántica.Para empezar, la irreversibilidad se definió como el hecho de que una máquina cíclica puede realizar arbitrariamente bien una transformación T, pero no ocurre lo mismo con su inversa T~; en otras palabras, la irreversibilidad se basa en el constructor de von Neumann.Para mostrar la compatibilidad entre la irreversibilidad así definida y las leyes simétricas de inversión temporal de la mecánica cuántica, los investigadores estudiaron un modelo basado en qubits centrado en un homogeneizador cuántico, es decir, una máquina compuesta por un conjunto de N qubits, cada uno preparados de forma idéntica en un estado específico.Al interactuar con los N qubits del homogeneizador, a través de puertas cuánticas capaces de intercambiar parcialmente los estados de dos qubits, el estado de un determinado qubit Q puede transformarse adiabáticamente (aislado de cualquier intercambio de calor) en el homogeneizador, induciendo al mismo tiempo una pequeña modificación a la máquina."Si nuestra T es la transformación 'pura a mixta', es decir, aquella en la que Q pasa de un estado puro a un estado de máxima mezcla, se puede demostrar que este homogeneizador cuántico cumple los criterios para ser considerado un constructor adecuado, mientras que lo mismo no es cierto para el que ejecuta T~ (caso 'mixto-a-puro'). Esto significa que aunque T es posible, su contraparte T~ no lo es, por lo que recuperamos la irreversibilidad incluso en un escenario modelado por leyes reversibles a tiempo", explicó el equipo.Aparición de la irreversibilidad de la mecánica cuánticaPara demostrar esto cuantitativamente, los investigadores realizaron un experimento que exploraba qubits de fotón único (1550 nm) de alta precisión generados por una fuente de bajo ruido, que emite fotones únicos acoplados a una fibra óptica.La interacción entre el Q qubit y un homogeneizador cuántico de tres qubit se obtuvo conectando en cascada tres divisores de haz de fibra 50:50, cuyas salidas son detectadas por diodos de avalancha de fotón único (InGaAs/InP).Finalmente, las salidas del detector se envían a un módulo de medición de coincidencia de tiempo.Con esta configuración, primero estudiaron el rendimiento del homogeneizador cuántico para diferentes intensidades de la puerta cuántica parcial y luego evaluaron, tanto para T como para T~, la precisión de la máquina para realizar la tarea y su resistencia a usos repetidos.Al hacerlo, los investigadores confirmaron sus predicciones teóricas y simulaciones numéricas, mostrando que mientras que el homogeneizador cuántico para T podría calificar como constructor, el de T~ se deteriora muy rápidamente y no puede realizar la transformación.La conclusión del equipo es que esto puede considerarse una prueba clara de la compatibilidad entre la irreversibilidad basada en el constructor y las leyes reversibles en el tiempo de la teoría cuántica, lo que brinda un nuevo punto de vista sobre el surgimiento de la irreversibilidad termodinámica en un marco mecánico cuántico.