Un cubo Rubik cuántico con infinitos estados desafía la realidad que conocemos

Un equipo de investigadores ha diseñado un rompecabezas basado en partículas cuánticas indistinguibles que no se puede resolver con métodos tradicionales

Resolver un cubo de Rubik puede ser un pasatiempo frustrante o un deporte de velocidad. Para algunos, ese pequeño rompecabezas de colores representa una batalla contra la lógica; para otros, es un arte que se memoriza y perfecciona con algoritmos. Ahora, un grupo de físicos y matemáticos ha decidido llevar este clásico de los juegos de ingenio a un terreno completamente nuevo: la mecánica cuántica. ¿El resultado? Un “cubo cuántico” con reglas propias, infinitos estados posibles y una forma de resolución que, literalmente, no podría existir en el mundo real.

El trabajo ha sido desarrollado por un equipo de investigadores de la Universidad de Colorado Boulder y se ha publicado en la revista Physical Review A. Su propuesta no es solo un homenaje al cubo de Rubik tradicional, sino un ejercicio serio de física teórica y computación cuántica. Según explican en el estudio, con superposiciones cuánticas el número de estados únicos del rompecabezas se vuelve infinito, a diferencia de los rompecabezas clásicos de permutación.

De piezas móviles a partículas cuánticas

Un rompecabezas de permutación, como el cubo de Rubik o el 15-puzzle, consiste en un conjunto de piezas intercambiables bajo ciertas reglas. El objetivo es alcanzar una configuración concreta. Lo que proponen los autores es sustituir esas piezas por partículas cuánticas indistinguibles, como bosones o fermiones. Este cambio transforma por completo la dinámica del juego.

En el modelo más simple, se parte de un tablero de 2x2 con dos piezas “verdes” y dos “azules”. En la versión clásica, solo hay seis configuraciones posibles. Pero en la versión cuántica, gracias a la superposición, las piezas pueden estar en múltiples estados simultáneamente. Esto se formaliza con una operación matemática denominada √SWAP, que crea una superposición equitativa entre intercambiar y no intercambiar dos elementos. Así, se generan estados intermedios sin equivalente clásico.

Un número infinito de configuraciones

En el cubo clásico existen más de 43 quintillones de combinaciones posibles. En el cuántico, el número de estados accesibles es literalmente infinito. La clave está en que las operaciones √SWAP no conmutan entre sí, lo que garantiza un grupo de transformaciones abiertas en el espacio de Hilbert, el lugar abstracto donde se representan los estados cuánticos. Como resultado, el cubo cuántico rompe los límites clásicos de resolución y se convierte en un modelo teórico con gran valor para la física moderna.

Resolver lo irresoluble

¿Cómo se resuelve un rompecabezas con infinitos estados? La respuesta no es determinista, sino probabilística y basada en mediciones. El estudio distingue tres tipos de solucionadores: clásico, cuántico y combinado. Tras simular 2000 rompecabezas al azar, el número medio de movimientos necesarios para resolver fue 5,88 en el clásico, 5,32 en el cuántico y 4,77 en el combinado, siendo este último el más eficaz.

El solucionador cuántico supera al clásico gracias a su flexibilidad, mientras que el combinado extrae lo mejor de ambos mundos. Los investigadores concluyen que este tipo de resolución híbrida representa el futuro de los algoritmos complejos.

¿Y si lo llevamos al laboratorio?

Aunque el experimento es teórico, los autores creen que podría replicarse en plataformas de átomos ultrafríos confinados en redes ópticas, donde se pueden simular estos tableros cuánticos. Estas tecnologías ya se emplean para investigar física fundamental y podrían permitir construir prototipos reales de rompecabezas cuánticos.

Una nueva forma de pensar la lógica

Este estudio no solo propone un nuevo tipo de rompecabezas, sino una nueva categoría de juegos mentales cuánticos con implicaciones pedagógicas, computacionales y filosóficas. Al utilizar conceptos como la indistinguibilidad, las operaciones unitarias o el entrelazamiento, los investigadores abren la puerta a una lógica alternativa con la que podrían desarrollarse futuros algoritmos cuánticos o sistemas de inteligencia artificial avanzados.

Más allá de lo lúdico, el “cubo cuántico” es un recordatorio de que incluso los objetos más familiares pueden transformarse cuando los miramos con los ojos de la física moderna.