Algunas ideas en física son tan familiares o sorprendentes como lo es el tiempo. La teoría de la relatividad de Einstein demostró que el tiempo no es estático ni universal. En cambio, varía según la velocidad y la gravedad. Cuando los científicos combinan la relatividad con la mecánica cuántica, el panorama se vuelve aún más extraño. La teoría cuántica sugiere que el tiempo mismo puede existir en una superposición, lo que significa que puede fluir rápido y lento al mismo tiempo.
Un estudio recientemente publicado sugiere que los investigadores pronto podrán probar esta extraña idea en el laboratorio. El artículo, titulado “Firma cuántica de sincronización precisa en relojes de iones ópticos”, se publicó el 20 de abril de 2026. carta de revisión física. La investigación fue dirigida por el profesor asistente del Instituto de Tecnología Stevens, Igor Pikovsky, en colaboración con un equipo experimental dirigido por Christian Sanner de la Universidad Estatal de Colorado y Dietrich Leibfried del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST).
Relojes atómicos y tiempo cuántico
Los investigadores han explorado cómo los relojes atómicos avanzados pueden revelar efectos cuánticos ocultos relacionados con el flujo del tiempo. Según sus hallazgos, desarrollar la misma tecnología para relojes y computadoras cuánticas de próxima generación también podría permitir a los científicos investigar si el tiempo mismo se comporta de acuerdo con reglas cuánticas.
En mecánica cuántica, la materia puede estar en múltiples estados simultáneamente. Este concepto se ilustra célebremente con el gato de Schrödinger, un experimento mental en el que se percibe a un gato como vivo y muerto al mismo tiempo hasta que es observado. Los investigadores sugieren que algo similar puede estar sucediendo con el tiempo. Un reloj cuyo movimiento sigue reglas cuánticas puede experimentar múltiples flujos de tiempo al mismo tiempo, casi como un gato que es joven y viejo al mismo tiempo.
“El tiempo juega un papel muy diferente en la teoría cuántica y en la relatividad”, dijo Pikovsky. “Lo que mostramos es que la combinación de estos dos conceptos puede revelar firmas cuánticas ocultas del flujo del tiempo que la física clásica ya no puede describir”.
La paradoja de los gemelos cuánticos
La relatividad ya predice que el tiempo se mueve de manera diferente según la velocidad y la ubicación. Cada reloj mide su propio flujo de tiempo distinto. Por ejemplo, un reloj que se mueve a 10 m/s durante 57 millones de años se retrasará aproximadamente un segundo con respecto a un reloj estacionario. Los científicos han confirmado estos efectos utilizando dispositivos de alta precisión, como los relojes de iones de aluminio del NIST.
Este fenómeno a menudo se explica mediante la “paradoja de los gemelos”, en la que un gemelo viaja a gran velocidad y regresa a una edad más temprana que el gemelo que lo sigue. Una nueva investigación lleva esta idea más allá al ámbito cuántico.
Los investigadores se preguntaron si un solo reloj podría experimentar dos velocidades diferentes simultáneamente mientras se encontraba en superposición cuántica. Según la teoría cuántica, esto debería ser posible. Pikovsky y sus colegas propusieron la idea por primera vez hace más de una década, pero en ese momento el efecto era demasiado sutil para observarlo experimentalmente. Los avances en la tecnología del reloj atómico ahora pueden cambiar esto.
Relojes de iones ultrafríos y fluctuaciones cuánticas
El equipo se centró en relojes de iones desarrollados en el NIST y la Universidad Estatal de Colorado. Estos dispositivos atrapan iones individuales como el aluminio o el iterbio, los enfrían a temperaturas cercanas al cero absoluto y controlan su estado cuántico mediante láseres.
Su análisis demostró que la combinación de relojes de alta precisión con técnicas de computación cuántica de iones atrapados podría hacer posible observar propiedades cuánticas del tiempo previamente ocultas.
“Los relojes atómicos son ahora tan sensibles que pueden detectar pequeñas diferencias en el tiempo debido únicamente a vibraciones térmicas a temperaturas minúsculas”, dijo Gabriel Sorci, candidato a doctorado en el Instituto de Tecnología Stevens y coautor del artículo. “Pero incluso a una temperatura del cero absoluto, el estado fundamental, el ritmo de tictac seguirá siendo afectado sólo por fluctuaciones cuánticas”.
Luego, los investigadores buscaron posibilidades más inusuales. En lugar de simplemente enfriar los átomos, propusieron manipular el vacío mismo creando “estados comprimidos”, estados cuánticos donde la posición y la velocidad se comportan de maneras inusuales.
Un reloj que avanza rápido y lento a la vez
En estas condiciones, el equipo descubrió que podrían surgir efectos cuánticos completamente nuevos que involucren el tiempo. Un solo reloj puede funcionar efectivamente tanto rápido como lento al mismo tiempo y simultáneamente enredarse con su propia velocidad cuántica.
Los investigadores ahora esperan demostrar estos efectos experimentalmente.
“Tenemos la tecnología para crear la compresión necesaria y un camino para alcanzar la precisión de reloj requerida en los relojes de iones para observar tales efectos por primera vez”, dijo Sanner del estado de Colorado.
Para Pikovsky, las implicaciones más amplias son igualmente apasionantes. Su trabajo anterior demostró que la tecnología cuántica podría potencialmente detectar la gravedad unitaria, partículas hipotéticas que transportan gravedad.
“La física todavía está llena de misterios en los niveles más fundamentales. Las tecnologías cuánticas nos brindan ahora nuevas herramientas para arrojar luz sobre ellos.”
