La manipulación del tiempo cuántico revoluciona el mundo de los metamateriales

Anuncia avances significativos en telecomunicaciones, computación óptica y aplicaciones energéticas.

Dibujo esquemático de una colisión de fotones en una interfaz de tiempo / Anna Umana, Advanced Science Research Center At The Cuny Graduate Center.

La manipulación del tiempo en las ondas electromagnéticas de los metamateriales permite conseguir a escala cuántica lo que resulta imposible en el mundo ordinario: contener la ola de un tsunami con otra onda.

Cada vez con más frecuencia se habla de la reversión del tiempo después de que en 2020 científicos de Estados Unidos y Rusia consideraran matemáticamente demostrado que en el mundo cuántico se puede rebobinar la flecha del tiempo como si fuera una película, volver al pasado y encontrarlo tal como estaba antes de que evolucione hacia el futuro.

Una nueva investigación llega ahora un poco más lejos. Ha manipulado el tiempo para conseguir que los fotones de las ondas electromagnéticas de un metamaterial colisionen e interactúen de nuevas formas a medida que se cruzan.

Este desarrollo permitirá a los científicos que desarrollan tecnologías basadas en la propagación de ondas electromagnéticas, lograr avances significativos en telecomunicaciones, computación óptica y aplicaciones energéticas, señalan los investigadores.

Claves del invento

La nueva investigación ha conseguido contener con una onda cuántica el equivalente a la onda de un tsunami, algo inconcebible en la física ondulatoria, pero que ha podido conseguirse gracias a las propiedades únicas de los metamateriales.

Los metamateriales son materiales artificiales con propiedades ópticas que no se encuentran en la naturaleza. Funcionan manipulando las ondas electromagnéticas que viajan a través de ellos y pueden utilizarse para manipular la luz de diversas maneras, incluyendo la reversión del tiempo.

Las ondas electromagnéticas sobre las que se basa este desarrollo están hechas de campos eléctricos y magnéticos oscilantes que se mueven perpendicularmente entre sí. Manipular los fotones que transportan la energía de las ondas electromagnéticas es la clave de esta investigación.

Reflejos del tiempo

La nueva investigación se ha basado en un trabajo anterior del mismo equipo, publicado este mismo año en Nature Physics, sobre los así llamados reflejos del tiempo en ondas electromagnéticas.

Un reflejo en el tiempo se basa en la idea de que el tiempo, a nivel cuántico, se mueve como una onda y que en determinado momento puede reflejarse hacia el pasado.

Esto es así porque en el mundo cuántico el tiempo está en una superposición de estados en la que pasado, presente y futuro se funden, y en la que los procesos de causa y efecto se invierten.

Volviendo al pasado

Los reflejos del tiempo indican que, de la misma forma que una onda de luz se refleja en un espejo, o una onda de sonido se replica por el eco, el tiempo también puede reflejarse en diferentes direcciones temporales.

En este trabajo previo se desarrollaron una serie de experimentos que muestran cómo se pueden crear metamateriales con propiedades únicas que surgen de provocar variaciones temporales abruptas en sus propiedades electromagnéticas.

Estas variaciones, primera evidencia observable de que el tiempo se refleja hacia el pasado, permiten manipular la propagación de las ondas de formas que no se ven en la naturaleza.

Interfaces de tiempo

El nuevo trabajo, tal como se explica en un comunicado, demuestra que se pueden provocar cambios temporales abruptos en metamateriales, conocidos como interfaces de tiempo, para hacer que sus ondas electromagnéticas colisionen entre sí como si fueran objetos masivos (dos bolas de billar y no dos bolas de goma). También pudieron controlar si las ondas intercambiaban, ganaban o perdían energía durante estas colisiones.

El trabajo del equipo de investigación se inspiró en la especulación sobre si sería posible borrar una onda mecánica no deseada, como una onda sísmica, lanzando otra onda similar contra ella para contrarrestarla. Y demostró que sí es posible en las ondas electromagnéticas de un metamaterial.

En consecuencia, plantea que la capacidad de colisionar ondas electromagnéticas con el objetivo de controlar la propagación de las ondas dentro de metamateriales podría conducir a avances considerables en comunicaciones inalámbricas, recolección de energía, imágenes e informática, ya que las ondas electromagnéticas están presentes hoy en todo lo que hacemos, desde ver la televisión hasta usar nuestro teléfono móvil.