¿Podemos comprobar qué ocurre dentro de un agujero negro?

Los agujeros negros son monstruos gravitacionales, que exprimen gas y polvo hasta un punto microscópico como grandes compactadores de basura cósmica. La física moderna dicta que, después de producirse, la información que se desprende de este suceso se perdería para siempre en el universo. Pero un nuevo experimento sugiere que podría haber una manera de utilizar la mecánica cuántica para obtener una idea del interior de un agujero negro.

"En física cuántica, la información no se puede perder", dijo Kevin Landsman, Físico del Joint Quantum Institute (JQI) de la Universidad de Maryland. "En su lugar, la información se puede ocultar o mezclar" entre las partículas subatómicas.

Landsman y sus coautores demostraron que podían medir cuándo y con qué rapidez se codificaba la información dentro de un modelo simplificado de un agujero negro, lo que podía ofrecer echar un vistazo dentro de estas entidades, de otro modo impenetrables. Los hallazgos, que aparecen en la revista Nature, también podrían ayudar en el desarrollo de las computadoras cuánticas (una de las ideas más “peregrinas" de Stephen Hawking sobre los agujeros negros).

Los agujeros negros son objetos infinitamente densos e infinitamente pequeños formados a partir del colapso de una estrella gigante y muerta que se convirtió en una supernova. Debido a su enorme atracción gravitacional, absorben el material circundante, que desaparece detrás de lo que se conoce como su horizonte de eventos, el punto más allá del cual nada, incluida la luz, puede escapar.

En la década de 1970, el famoso físico teórico Stephen Hawking demostró que los agujeros negros pueden encogerse a lo largo de sus vidas. De acuerdo con las leyes de la mecánica cuántica, las reglas que dictan el comportamiento de las partículas subatómicas a pequeña escala, pares de partículas aparecen espontáneamente justo fuera del horizonte de eventos de un agujero negro. Una de estas partículas cae en el agujero negro mientras que la otra es impulsada hacia afuera, robando una pequeña cantidad de energía en el proceso. En escalas de tiempo extremadamente largas, extrae suficiente energía para que el agujero negro se evapore, un proceso conocido como radiación de Hawking.

Pero hay un enigma escondido en el corazón infinitamente denso del agujero negro. Porque, aunque la mecánica cuántica dice que la información sobre una partícula (su masa, momento, temperatura, etc.) nunca se puede destruir, las reglas de la relatividad establecen a su vez que una partícula que se ha desplazado más allá del horizonte de eventos de un agujero negro se ha unido con el aplastamiento infinitamente denso que se produce en su centro, lo que significa que no se puede volver a recuperar ninguna información sobre ella. Los intentos por resolver estos contrarios de la física no han tenido éxito hasta la fecha; los teóricos que han trabajado en el problema llaman al dilema la paradoja del agujero negro.

En su nuevo experimento, Landsman y sus colegas mostraron cómo solventar un poco este dilema utilizando la partícula que vuela hacia el exterior de las dos del proceso de radiación de Hawking. Como ésta sigue vinculada con su compañera que se pierde dentro del agujero negro, el estado de ambas también lo está y, por lo tanto, la medición de las propiedades de una puede proporcionar detalles importantes sobre la otra.

"Uno puede recuperar la información que se dejó caer en el agujero negro haciendo un cálculo cuántico masivo sobre estas partículas salientes", dijo en un comunicado Norman Yao, físico de la Universidad de California en Berkeley y miembro del equipo.

Hacer esto con un agujero negro del mundo real es irremediablemente complicado. Así que el grupo creó una computadora cuántica que realizó cálculos utilizando bits cuánticos entrelazados o qubits, la unidad básica de información utilizada en la computación cuántica.

Luego establecieron un modelo simple utilizando tres núcleos atómicos del elemento iterbio, que estaban todos enredados entre sí. Y midiendo un qubit externo, vieron el comportamiento de los que habían entrado en el agujero negro y cómo éstas partículas se mezclaron sólo entre sí y no con otras.

Según el equipo, estos resultados podrían ser el principio para futuros mecanismo de computación cuántica.