Agujeros negros artificiales facilitarían transmisión de datos sin intermediarios

El análisis de la radiación térmica emitida por los agujeros negros creados en laboratorio hará posible potenciar las comunicaciones sin necesidad de usar medios como los actuales cables de fibra óptica.

Teniendo en cuenta que al poner dos átomos cerca de un agujero negro se da una alta probabilidad de que se enreden cuánticamente (particularidad que posibilita una correlación entre ellas sin importar la distancia), si se llegaran a modificar sus propiedades habría una repercusión inmediata.

“Gracias a este principio, la velocidad de los procesos se incrementará de forma exponencial, además de que al evitar el uso de canales físicos habrá mayor seguridad”, destaca Crhistian David Rodríguez, quien desarrolló una investigación sobre el tema durante sus estudios de pregrado en la Universidad Nacional de Colombia (U.N.), para luego complementarlos con una maestría en el Centro Brasileño de Investigaciones Físicas.

En mecánica cuántica la superposición se define como el hecho de que una partícula puede cambiar su orientación entre dos estados, de tal manera que exista una probabilidad del 60 % de estar arriba y del 40 % de estar abajo.

Esta circunstancia permite almacenar información a partir de una unidad conocida como bit, que puede tomar los valores de uno o de cero, a partir de la cual se establece un código: “la información que se podrá almacenar entre las múltiples probabilidades que plantearía este código contribuirán a que se transmitan muchos más datos en menos tiempo”, explica el magíster.

Como resultado de la investigación, el magíster presentó una ponencia en el marco del “I Congreso Internacional de Óptica” celebrado en la U.N. Sede Bogotá, en la que expuso en qué consistiría el revolucionario avance.

“Puesto que una de las propiedades de estas partículas es su capacidad de giro –o spin–, si un electrón se dirige hacia arriba y el otro hacia abajo, cada vez que se haga una modificación se verá reflejada de manera inversa, así como con otras propiedades y partículas”, subraya el investigador acerca del enredamiento cuántico.

No obstante, como en circunstancias reales existen factores como la disipación, un incremento considerable en la distancia entre las partículas puede incidir en el proceso de enredamiento cuántico y su estabilidad. La disipación es un proceso en el que las propiedades cuánticas del sistema se pierden y la energía se consume sin producir trabajo.

La combinación de la relatividad general (estudio de planetas, estrellas y galaxias), junto con el de la mecánica cuántica (estudio de átomos, electrones y otras partículas elementales), hace posible estudiar fenómenos como los agujeros negros (objetos astrofísicos que absorben cualquier cosa que se acerque a ellos, incluso la luz) y su relación con la formación del enredamiento cuántico.

Dado que sus dimensiones son muy pequeñas, el astrofísico Stephen Hawking comenzó a combinar herramientas de estas dos ramas de la física para determinar qué ocurre con estos objetos, y encontró que en realidad no son tan negros como se creía, puesto que emiten una radiación que se puede cuantificar con el concepto de temperatura.

“Si una persona se pudiera acercar a un agujero negro y cayera en él, notaría una sensación de aceleración que luego se podría definir como un baño térmico de partículas, debido al cambio de perspectiva”, explica el físico.

Del espacio al laboratorio

Los análogos gravitacionales son sistemas físicos que se pueden reproducir en laboratorios, de manera que emulen condiciones similares a las de un agujero negro.

Dichos sistemas pueden originarse a partir de cristales y fluidos sometidos a interacciones con campos electromagnéticos muy intensos, o láseres, cuya dinámica se podrá trasladar luego a términos geométricos que resulten similares a los sistemas gravitacionales que se observan en el universo.

El uso de un cristal no lineal –una de cuyas principales características es que puede ser modificado cuando lo atraviesa un láser– también permite que estas perturbaciones puedan “viajar” con el pulso del láser, de tal manera que, haciendo la traslación a términos geométricos, se encuentra que estas perturbaciones inducidas por el láser se comportan como un agujero negro.

Puesto que a partir de la perturbación inducida en el cristal se puede predecir la emisión de una radiación térmica, también se logra establecer el nivel de radiación emitida con valores análogos a los que emitiría un agujero negro, o Radiación Hawking, cuya emisión es la que en últimas posibilita el enredamiento cuántico.

“La Radiación Hawking que sale de los cristales –también conocidos como agujeros negros artificiales o dieléctricos– puede servir como fuente de enredamiento para dos átomos que se coloquen cerca”, destaca el magíster, para quien su estudio resulta fundamental para cambiar la concepción que se tiene sobre la manera como operan los computadores en el mundo, además de traer temas fundamentales de la relatividad general y la gravedad al alcance de un laboratorio.