Durante más de un siglo, la física se ha llevado bien con dos compañeros de piso que se niegan a hablarse: la relatividad general y la mecánica cuántica. La teoría de Einstein maneja la gravedad como la curvatura del espacio-tiempo, mientras que la mecánica cuántica dirige el espectáculo de las partículas diminutas. Ambas funcionan de maravilla en sus propios carriles, pero intenta fusionarlas y obtienes el equivalente intelectual de una pantalla azul de la muerte, especialmente alrededor de agujeros negros, materia oscura, energía oscura y todo el asunto de "por qué estamos aquí".

Un equipo liderado por Florian Neukart de la Universidad de Leiden ha estado dándole vueltas a una forma de cerrar esa brecha, y su idea es refrescantemente simple: tratar la información, no la materia, la energía ni siquiera el espacio-tiempo mismo, como el ingrediente más fundamental del universo. Lo llaman la matriz de memoria cuántica (QMM, por sus siglas en inglés), y afirma que el espacio-tiempo no es un continuo suave sino una cuadrícula de pequeñas celdas, cada una capaz de almacenar una huella cuántica de cada interacción que pasa a través de ella: una partícula, una fuerza, las malas vibras de tu vecino. En otras palabras, el universo no solo sucede; toma notas.

Todo surgió de la paradoja de la información del agujero negro, que es la forma que tiene la física de decir "algo tiene que ceder". La relatividad dice que cualquier cosa que cae en un agujero negro desaparece para siempre; la mecánica cuántica dice que la información nunca puede destruirse. La solución de QMM: a medida que la materia cae, las celdas circundantes del espacio-tiempo registran su huella. Cuando el agujero negro finalmente se evapora, la información ya estaba respaldada, como un almacenamiento en la nube cósmico que precede a la nube.

El equipo formalizó esto con algo llamado el operador de huella, una regla reversible que hace que la conservación de la información funcione. Comenzaron con la gravedad, luego se dieron cuenta de que las fuerzas nucleares fuerte y débil también dejan rastros en el espacio-tiempo. Incluso lo han extendido al electromagnetismo (artículo actualmente bajo revisión por pares, así que extraoficialmente oficial). Un campo eléctrico simple, resulta, cambia el estado de memoria de las celdas del espacio-tiempo. Esto los llevó a un principio más amplio que llaman dualidad geometría-información: la forma del espacio-tiempo está influenciada no solo por la masa y la energía, como enseñó Einstein, sino también por cómo se distribuye la información cuántica, especialmente a través del entrelazamiento, esa conexión espeluznante donde dos partículas pueden estar vinculadas a años luz de distancia.

Este cambio tiene consecuencias dramáticas. En un estudio (también bajo revisión por pares), los cúmulos de huellas se comportan exactamente como la materia oscura: se agrupan bajo la gravedad y explican por qué las galaxias orbitan a velocidades inesperadamente altas sin necesidad de partículas exóticas nuevas. En otro artículo, mostraron cómo podría surgir la energía oscura: cuando las celdas del espacio-tiempo se saturan (piensa en ellas como discos duros llenos), no pueden registrar nueva información, por lo que contribuyen con una energía residual con la misma forma matemática que la constante cosmológica. El tamaño coincide con la energía oscura observada, sugiriendo que la materia oscura y la energía oscura son dos caras de la misma moneda informacional. Lindo.

Pero, ¿qué sucede cuando la memoria del espacio-tiempo se llena por completo? Su último artículo, aceptado para publicación en The Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, apunta a un universo cíclico que rebota en lugar de colapsar en una singularidad. Cada ciclo de expansión y contracción deposita más entropía en el libro mayor; cuando se alcanza el límite, la entropía almacenada impulsa una reversión, un rebote, que lleva a una nueva fase de expansión. El modelo sugiere que el universo ya ha pasado por tres o cuatro ciclos, con menos de diez restantes. Después de eso, la capacidad informacional del espacio-tiempo está completamente saturada, y el universo entra en una fase final de expansión lenta. Esto sitúa la verdadera "era informacional" del cosmos en unos 62 mil millones de años, no los 13.8 mil millones de nuestra expansión actual.

¿Suena a teoría pura? Ya han probado partes de QMM en las computadoras cuánticas actuales, tratando los qubits como pequeñas celdas del espacio-tiempo. Usando protocolos de huella y recuperación basados en las ecuaciones de QMM, recuperaron estados cuánticos originales con más del 90% de precisión.