Un grupo de físicos logró observar en una computadora cuántica un proceso que normalmente aparece en condiciones extremas, como las existentes poco después del Big Bang.

El fenómeno se conoce como ruptura de cuerda y está relacionado con la manera en que los quarks permanecen unidos dentro de partículas como protones.

Los quarks nunca aparecen aislados en condiciones normales porque la fuerza que los mantiene unidos se vuelve más intensa cuanto más intentamos separarlos.

Los físicos suelen representar esa conexión como una cuerda invisible que almacena cada vez más energía cuando dos quarks intentan alejarse entre sí.

Si esa cuerda acumula suficiente energía, finalmente puede romperse y esa energía puede convertirse en un nuevo par formado por partícula y antipartícula.

Este proceso ocurre en experimentos de física de altas energías y probablemente también fue común durante las condiciones extremas del universo temprano.

Un estudio publicado en Nature Physics consiguió reproducir esta dinámica usando un simulador cuántico construido con 13 átomos cargados eléctricamente, llamados iones.

Los investigadores no crearon quarks reales dentro de la máquina. En cambio, utilizaron los estados cuánticos de los iones para representar matemáticamente su comportamiento.

Cada ion funcionaba como una pequeña pieza del modelo, y los investigadores controlaban sus interacciones mediante pulsos de láser cuidadosamente ajustados.

El sistema representaba una versión simplificada de una teoría utilizada para describir partículas que interactúan mediante fuerzas parecidas a las que mantienen unidos los quarks.

Los científicos comenzaron preparando una configuración equivalente a dos partículas conectadas por una especie de cuerda energética dentro de este universo cuántico artificial.

Después dejaron evolucionar el sistema y observaron cómo aumentaba la energía almacenada mientras las partículas representadas intentaban separarse unas de otras.

Cuando la energía alcanzaba cierto punto, el simulador mostraba la aparición de un nuevo par partícula-antipartícula entre las dos partículas originales.

Esa nueva pareja rompía efectivamente la conexión inicial y creaba dos estructuras más pequeñas, reproduciendo el comportamiento esperado de la ruptura de cuerda.

Lo importante es que los investigadores pudieron seguir el proceso paso a paso, en lugar de limitarse a observar únicamente el resultado final.

En experimentos reales con aceleradores, fenómenos similares ocurren extremadamente rápido y producen muchas partículas, lo que dificulta reconstruir exactamente cómo evolucionó cada interacción.

Un simulador cuántico permite controlar mejor las condiciones iniciales y observar directamente cómo cambia el sistema mientras avanza la dinámica de las partículas.

Además, los investigadores estudiaron qué ocurría cuando modificaban la intensidad de las interacciones y otros parámetros internos utilizados para construir la simulación.

Los resultados coincidieron con cálculos teóricos en situaciones donde estos podían realizarse con métodos tradicionales, lo que ayudó a comprobar que el simulador funcionaba correctamente.

Este tipo de experimentos podría ser especialmente útil para estudiar sistemas cuánticos que se encuentran fuera del equilibrio y resultan muy difíciles para computadoras convencionales.

Entre ellos aparecen procesos relacionados con colisionadores de partículas, materia extremadamente caliente y algunas condiciones que pudieron existir durante el universo temprano.

Sin embargo, el experimento todavía representa un modelo pequeño y simplificado, así que está lejos de simular completamente las interacciones reales entre quarks.

Los investigadores esperan aumentar gradualmente el número de iones y la complejidad del sistema para explorar situaciones que los métodos clásicos ya no pueden calcular fácilmente.

La demostración muestra cómo las computadoras cuánticas pueden convertirse en pequeños laboratorios controlables para estudiar fenómenos que normalmente requieren energías enormes o condiciones inaccesibles.