La teoría de la información nos permite avanzar hacia una mejor comprensión de la gravedad cuántica
La teoría de la información, la disciplina científica que sirve de base para nuestro mundo conectado en red de almacenamiento digital y comunicación por Internet, ordenadores y teléfonos inteligentes, está empezando a influir en la física. Considerados portadores de información, los sistemas físicos y sus interacciones ahora se pueden estudiar y comprender desde una nueva perspectiva. El proyecto financiado con fondos europeos Space-Time from Info aplicó la teoría de la información para comenzar a desarrollar un paradigma novedoso que considera que la estructura del espacio-tiempo emerge de los flujos de información entre sus componentes microscópicos. Aventuras en el espacio-tiempo El proyecto Space-Time from Info escogió como punto de partida la idea de que la microarquitectura del Universo, como una red de sistemas físicos, puede compararse de forma muy general con el funcionamiento de Internet. El proyecto se propuso mejorar nuestra comprensión de la gravedad cuántica para explicar las estructuras familiares de gran escala que observamos a nuestro alrededor (por ejemplo sistemas planetarios, galaxias y el cosmos) como fenómenos colectivos derivados de los procesos de intercambio de información de la microrred. Para explicar el carácter único del enfoque, el profesor Caslav Brukner, coordinador del proyecto, afirma que «la perspectiva más tradicional es que primero está el espacio-tiempo y solo después debemos plantearnos el tipo de flujo de información que se puede dar en él. La idea es que, básicamente, no podemos tener en cuenta uno sin el otro, que en cierto modo pueden coincidir». La gravedad cuántica tiene por objeto describir cómo la estructura de espacio-tiempo que observamos a nuestro alrededor en las grandes escalas de nuestro universo (y bien descrita por la relatividad general) no es fundamental por sí misma, sino que más bien emerge únicamente como un límite especial de la teoría cuántica del espacio-tiempo. Como explica el investigador principal y titular de una beca Marie Curie, el doctor Philipp Höhn, «esto es similar al modo en que la física mecánica clásica emerge como el límite clásico de la mecánica cuántica. Para explicarlo de un modo sencillo, podemos decir que a pesar de que un balón de fútbol esté formado de numerosos sistemas cuánticos en forma de átomos, puede por sí mismo describirse mediante las leyes de movimiento de Newton». El proyecto aprovechó el sistema cuántico más elemental, el cúbit, y el hecho de que se puede codificar cualquier dirección espacial del espacio real en que vivimos en el estado cuántico de un cúbit. Esto solo es posible porque tanto el espacio real como el espacio de estado del cúbit son tridimensionales. Tal como explica en más detalle el doctor Höhn, «de este modo, agentes u observadores lejanos pueden comunicar información direccional completa, por ejemplo para sincronizar sus marcos de referencia, empleando los sistemas cuánticos más elementales como portadores de información». Al partir de esta observación, los investigadores pudieron derivar la estructura de espacio-tiempo de la comunicación de sistemas cuánticos entre agentes que anteriormente no habían quedado patentes. Lo que resulta sorprendente es que la investigación avanzó sin dar por sentado inicialmente ninguna estructura de espacio-tiempo específica. Remodelar nuestra propia comprensión del espacio y el tiempo La idea básica sobre la que se asienta el proyecto es que, mientras que la estructura de espacio-tiempo limita qué procesos de la teoría de la información pueden aplicarse físicamente y cómo, las propiedades informativas (por ejemplo, la propia viabilidad de ciertas tareas de comunicación) a su vez pueden imponer restricciones a la estructura del espacio-tiempo. El proyecto creó una hoja de ruta para un enfoque basado en una red informativa de la gravedad cuántica que encaja bien con los últimos avances obtenidos en la comunidad de la física de alta energía. Tal como explica el doctor Höhn, «en particular, sugiere utilizar la fuerza de correlación entre subsistemas cuánticos para derivar una noción de distancia y, en consecuencia, geometría. Esto se basa en la observación de que, en ciertas condiciones, cuanta más información contengan unos sistemas sobre otros, más cercanos estarán». Aunque no existe ninguna aplicación práctica inmediata del proyecto, forma parte de los esfuerzos de investigación fundamental que pueden remodelar nuestra propia comprensión del espacio y el tiempo, así como, en última instancia, de nuestro Universo.
Palabras clave
Space-time from Info, gravedad cuántica, relatividad general, teoría de la información, red, cúbit, geometría, Universo
