LA 'TEORÍA DE LOS CONSTRUCTORES' BUSCA SER UN MARCO COMÚN QUE UNA LA TEORÍA CUÁNTICA CON LA RELATIVIDAD GENERAL. POR PRIMERA VEZ, NOS ACERCAMOS A LA FORMULACIÓN DE UNA “TEORRÍA DEL TODO“
Una vez que has eliminado lo imposible, lo que sea que permanezca, por muy improbable que sea, debe ser la verdad.
Sherlock Holmes (Sir Arthur Conan Doyle)
La ‘teoría de los constructores’, una de las nuevas teorías que aspiran a conformar una “teoría del todo”, fue descrita por primera vez en 2012 por David Deutsch, un físico cuántico de la Universidad de Oxford. Su objetivo era encontrar un marco que pudiera juntar todas la teorías físicas determinando un conjunto de “meta-leyes” que describan qué es lo que puede suceder en el universo y qué está prohibido. En un trabajo publicado en arXiv, la teoría de los constructores reclama su primer triunfo al unificar dos teorías que describen el procesamiento de la información en el reino de lo macroscópico y el terreno de lo subatómico.
Cuando los científicos computacionales quieren describir cómo la información puede ser codificada y transmitida eficazmente a través de ruidosos medios físicos que pueden corromperla, hacen uso de una teoría desarrollada por el matemático y criptógrafo estadounidense Claude Shannon en los años 40 del siglo XX. Por otro lado, los físicos intentan construir computadoras cuánticas que puedan explotar las peculiares propiedades del mundo subatómico para realizar tareas mucho más rápido que una computadora convencional.
El problema es que no solo los principios de información de Shannon son inaplicables en el terreno de lo cuántico, sino que ni si quiera se sabe exactamente lo que la “información cuántica” es y de qué forma se relaciona con la información clásica. Hasta ahora, los avances que han llevado al desarrollo de la computación cuántica se han encontrado prácticamente tanteando en la oscuridad del azar, pues no hay una teoría que guíe la búsqueda.
Deutsch delineó en 2012 su teoría de los constructores, que cree que puede proveer un terreno común para el encuentro de los dominios clásico y cuántico. De acuerdo con esta teoría, los componentes más fundamentales de la realidad son entidades (“constructores”) que realizan tareas específicas según una serie de leyes que definen cuáles tareas son posibles y cuáles no. Una tetera, por ejemplo, puede ser considerada un constructor que puede desempeñar la tarea de calentar agua.
Lo que hace esta teoría es remitir todo a un simple manual de tareas. Deutsch y Chiara Marletto (coautora del último trabajo sobre esta teoría) basan su descripción de la información en una tarea básica que es posible en los sistemas clásicos, pero imposible para los sistemas cuánticos: la habilidad de generar una copia. Desde los años 80, los físicos saben que es imposible hacer una copia exacta de un estado cuántico desconocido. La pregunta es, entonces, ¿qué tarea se puede realizar en ese sistema que lo haga equiparable con la teoría de Shannon?
Para esto, Deutsch y Marletto utilizan el concepto de “superinformación” como un medio común que codifica mensajes que especifican estados físicos particulares (en este caso, uno en que realizar una copia es posible y otro en el que no). Descubrieron que un subtipo especial de medio de superinformación despliega las propiedades asociadas con el procesamiento de la información cuántica cuando se le niega la tarea de copiar.
El equipo demostró que, cuando se restringe la posibilidad de generar una copia, una serie de nuevas propiedades comienzan a emerger. Por ejemplo, medir el estado de un medio de superinformación lo perturbaría pero, como no se puede generar una copia de cierto estado del medio de superinformación, surge cierta incertidumbre en el resultado de la medición.
El equipo también ha demostrado que el entrelazamiento cuántico (esa extraña propiedad que une a dos objetos cuánticos de tal manera que actúan en conjunto sin importar qué tan alejados estén) surge naturalmente una vez que la restricción de no copiado está en su lugar. La propiedad crucial de estos sistemas que contienen dos estados en entrelazamiento cuántico es que la información guardada en el sistema combinado es mayor a la información que puede ser obtenida con sólo examinar uno de los miembros del par.
En su trabajo, Deutsch y Marletto demuestran que la información puede ser codificada en dos medios de superinformación de forma que sea imposible recuperarla midiendo cada subsistema por separado. En pocas palabras, se puede leer un sistema clásico conformado por varios estados cuánticos, pero no un sistema cuántico particular. De modo similar, en un sistema clásico el entrelazamiento cuántico es imposible.
Cuando los científicos computacionales quieren describir cómo la información puede ser codificada y transmitida eficazmente a través de ruidosos medios físicos que pueden corromperla, hacen uso de una teoría desarrollada por el matemático y criptógrafo estadounidense Claude Shannon en los años 40 del siglo XX. Por otro lado, los físicos intentan construir computadoras cuánticas que puedan explotar las peculiares propiedades del mundo subatómico para realizar tareas mucho más rápido que una computadora convencional.
El problema es que no solo los principios de información de Shannon son inaplicables en el terreno de lo cuántico, sino que ni si quiera se sabe exactamente lo que la “información cuántica” es y de qué forma se relaciona con la información clásica. Hasta ahora, los avances que han llevado al desarrollo de la computación cuántica se han encontrado prácticamente tanteando en la oscuridad del azar, pues no hay una teoría que guíe la búsqueda.
Deutsch delineó en 2012 su teoría de los constructores, que cree que puede proveer un terreno común para el encuentro de los dominios clásico y cuántico. De acuerdo con esta teoría, los componentes más fundamentales de la realidad son entidades (“constructores”) que realizan tareas específicas según una serie de leyes que definen cuáles tareas son posibles y cuáles no. Una tetera, por ejemplo, puede ser considerada un constructor que puede desempeñar la tarea de calentar agua.
Lo que hace esta teoría es remitir todo a un simple manual de tareas. Deutsch y Chiara Marletto (coautora del último trabajo sobre esta teoría) basan su descripción de la información en una tarea básica que es posible en los sistemas clásicos, pero imposible para los sistemas cuánticos: la habilidad de generar una copia. Desde los años 80, los físicos saben que es imposible hacer una copia exacta de un estado cuántico desconocido. La pregunta es, entonces, ¿qué tarea se puede realizar en ese sistema que lo haga equiparable con la teoría de Shannon?
Para esto, Deutsch y Marletto utilizan el concepto de “superinformación” como un medio común que codifica mensajes que especifican estados físicos particulares (en este caso, uno en que realizar una copia es posible y otro en el que no). Descubrieron que un subtipo especial de medio de superinformación despliega las propiedades asociadas con el procesamiento de la información cuántica cuando se le niega la tarea de copiar.
El equipo demostró que, cuando se restringe la posibilidad de generar una copia, una serie de nuevas propiedades comienzan a emerger. Por ejemplo, medir el estado de un medio de superinformación lo perturbaría pero, como no se puede generar una copia de cierto estado del medio de superinformación, surge cierta incertidumbre en el resultado de la medición.
El equipo también ha demostrado que el entrelazamiento cuántico (esa extraña propiedad que une a dos objetos cuánticos de tal manera que actúan en conjunto sin importar qué tan alejados estén) surge naturalmente una vez que la restricción de no copiado está en su lugar. La propiedad crucial de estos sistemas que contienen dos estados en entrelazamiento cuántico es que la información guardada en el sistema combinado es mayor a la información que puede ser obtenida con sólo examinar uno de los miembros del par.
En su trabajo, Deutsch y Marletto demuestran que la información puede ser codificada en dos medios de superinformación de forma que sea imposible recuperarla midiendo cada subsistema por separado. En pocas palabras, se puede leer un sistema clásico conformado por varios estados cuánticos, pero no un sistema cuántico particular. De modo similar, en un sistema clásico el entrelazamiento cuántico es imposible.
Pasará algún tiempo para comprobar si la teoría de Deutsch es realmente exitosa a la hora de unir las teorías de la información clásica y cuántica. Pero, si se comprueba su efectividad, será un paso importante para Deutch en su cacería de la largamente buscada gravedad cuántica (una teoría que una la teoría cuántica y la relatividad general).
Se cree que la teoría de los constructores tiene el potencial de generar meta-leyes que la relatividad general y la teoría cuántica deben obedecer. “Las meta-leyes son criaturas más estables, que pueden sobrevivir a las revoluciones científicas”, opina Dean Rickles, filósofo y físico de la Universidad de Sydney.
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