Una computadora cuántica simula una de las formas en que podría terminar el universo

Hay varios modelos de cómo terminará el universo que dependen de propiedades como la densidad de energía oscura. Esta es una de las razones por las que la búsqueda de la tasa de expansión es tan importante en Cosmología. Actualmente, el modelo más aceptado es el ⋀CDM que describe la muerte del universo como una Muerte Térmica con el universo expandiéndose hasta alcanzar el límite de entropía.

Sin embargo, también se utilizan otros modelos para describir posibles finales del universo, como el concepto de falsa desintegración del vacío. Este modelo está asociado con el campo de Higgs que es responsable de dar masa a las partículas. La idea es que si el estado actual del vacío cuántico no es absolutamente estable, puede decaer a un estado de energía más bajo en algún momento.

Esta descomposición crearía una burbuja de vacío que se expandiría a la velocidad de la luz, destruyendo toda la materia a su paso. Para comprender mejor este proceso de desintegración, los investigadores de la Universidad de Leeds utilizaron computadoras cuánticas para simular este proceso a escala microscópica. Con esta simulación, los físicos pudieron modelar la dinámica de la formación y propagación de esta burbuja.

Decaimiento del vacío

Dentro de la Física de Partículas y la Teoría Cuántica de Campos, el vacío no es simplemente un espacio vacío sino algo con energía. Existe la hipótesis de que el universo no está en un estado estable de energía, es decir, un estado fundamental en este caso. Si esta hipótesis es cierta, existe la posibilidad de que el vacío pueda decaer a un estado de energía menor.

Si esta desintegración se produjera, se formaría una burbuja de vacío que se expandiría a la velocidad de la luz. Esta burbuja destruiría toda la materia por donde pasara, ya que la Física sería diferente dentro de ella y la materia tal como la conocemos no existiría. La idea de la desintegración del vacío es posible dentro del Modelo Estándar, pero los cálculos indican que sólo ocurriría en escalas mucho mayores que la edad del universo.

Computadoras cuánticas

La idea de utilizar conceptos de la Mecánica Cuántica en las computadoras dio origen a la idea de la Computación Cuántica. Algunas propiedades como la superposición y el entrelazamiento cuántico les permiten realizar operaciones mucho más rápido que los ordenadores tradicionales. Una de las principales diferencias es el uso de qubits que pueden estar en diferentes estados al mismo tiempo.

Mientras que la posibilidad de estar en diferentes estados se llama superposición, el entrelazamiento cuántico ocurre cuando el estado de un qubit afecta instantáneamente al estado de otro. Este fenómeno es independiente de la distancia entre ellos, lo que hace que el cálculo sea muy rápido y eficiente. Además, esto permite realizar varias operaciones al mismo tiempo sin tener que esperar a que una termine para iniciar otra.

Qubits

Los qubits son análogos a los bits de las computadoras clásicas. Los bits tradicionales generalmente sólo asumen valores de 0 o 1, mientras que los qubits pueden asumir valores donde hay una superposición de ambos estados. Es a través de los qubits que es posible utilizar los fenómenos de entrelazamiento o interferencia. Pero manipular los qubits es uno de los mayores desafíos en la computación cuántica porque son muy sensibles al ruido.

Hay diferentes formas de implementar qubits, algunos ejemplos se basan en imanes que atrapan átomos en un campo electromagnético. Otras formas consideran superconductores o trampas de fotones. Google anunció recientemente Willow, un chip cuántico que utiliza una técnica que minimiza el error y la interferencia externa en los qubits.

Simulación de la descomposición del vacío

Un grupo de físicos utilizó una computadora cuántica con 5.564 qubits para simular el efecto de desintegración del vacío en una dimensión. La simulación a escala atómica ha permitido comprender algunas propiedades de una posible desintegración en el universo. Un resultado es que sería posible formar burbujas de diferentes tamaños, y los tamaños afectan la forma en que interactúan.

tra respuesta que los físicos han encontrado sobre la desintegración del vacío es que el proceso por el cual evolucionan estas burbujas es extremadamente complejo y no tan simple como se pensaba anteriormente. Estas burbujas también pueden colisionar entre sí y afectar la dinámica de todo el proceso. El siguiente paso es ampliar el sistema para poder realizar una simulación bidimensional.

Referencia de la noticia:

Vodeb et al. 2025 Stirring the false vacuum via interacting quantized bubbles on a 5,564-qubit quantum annealer Nature Physics