José Ignacio Latorre: "El futuro será cuántico o no será"

El futuro será cuántico o no será. Y el mañana que nos espera es apasionante. La cuántica nos permitirá hacer lo que hasta ahora sólo podíamos soñar.

Eso sostiene José Ignacio Latorre, catedrático de Física Teórica en la Universidad de Barcelona, director del Centro de Ciencias de Benasque Pedro Pascual y uno de los físicos españoles más reconocidos internacionalmente en el campo de la física cuántica.

Reconozco mi ignorancia: ¿qué es eso de la física cuántica?

Intentaré explicárselo muy sintéticamente. 

Cuando llegamos al mundo de lo más pequeño, al mundo de lo microscópico, las leyes que rigen ese mundo no son las mismas que las que vemos en nuestro día a día, son leyes más sutiles, más peculiares. 

Pero el hombre, muy poco a poco, durante el siglo XX y durante el siglo XXI ha logrado comprenderlas y actualmente estamos en la situación de empezar a explotarlas, a aprovecharlas. 

Del mismo modo que las leyes del mundo grande, las leyes de la física clásica, las entendemos desde Newton y con ellas hacemos puentes, enviamos naves a donde haga falta y creamos máquinas que nos ayudan, ahora los humanos hemos llegado al control de la materia a nivel atómico. 

Aún estamos en la infancia de la Física Cuántica, estamos empezando ahora a comprenderla a fondo. 

Durante el siglo XX hemos llevado a cabo algunas aplicaciones prácticas y ahora en el siglo XXI estamos realizando lo que se llama "la segunda revolución cuántica".

 

Imagen de un qubit, o un bit cuántico, la unidad mínima de la información cuántica. 

¿Qué aplicaciones prácticas de la Física Cuántica se han realizado en el siglo XX?

Pues gracias a la mecánica cuántica a día de hoy tenemos todas nuestras comunicaciones, los láseres, la fibra óptica…

Tenemos en medicina la resonancia nuclear magnética que nos permite ver una foto del interior del cuerpo humano. 

Y también todo el sistema GPS está basado en tener unos relojes atómicos en órbita en unos satélites que envían una señal con una precisión impresionante, que es la que nos permite saber en qué lugar de la Tierra estamos. 

Por su parte, los ordenadores utilizan lo que se llama Física del Estado Sólido, que consiste en que cuando hay muchos átomos lo que les pasa a los electrones es que se mueven en capas de conducción, y eso también es mecánica cuántica. 

Así que toda la informática, todos los chips, están basados en principios cuánticos.
Y a eso se suma que ahora viene una segunda revolución en la física cuántica…

¿Y qué aplicaciones prácticas espera que se consigan en esa segunda revolución cuántica?

La Unión Europea, no yo, ha establecido al respecto cuatro grandes pilares de progreso. 

Una es la computación cuántica: hacer ordenadores que trabajen directamente con leyes cuánticas.

La segunda es la comunicación cuántica: establecer criptografía y comunicación segura cuántica.
La tercera es la simulación cuántica, que permite indagar los materiales, las moléculas…

Y la cuarta son sensores cuánticos, lo que nos permitirá medir con muchísima precisión, desde sensores de movimiento que para, por ejemplo, controlar las vibraciones del ala de un avión, a medidas de campos magnéticos increíblemente pequeñas.

El artículo completo en: BBC Mundo

Ocho fronteras fascinantes y temibles de la ciencia que debería conocer

A nuestro alrededor, una gran variedad de tecnologías están llegando a la mayoría de edad, transformando nuestro mundo en formas complejas que son difíciles de predecir.

Anticipar lo que va a venir requiere prestar atención a elementos menos conocidos pero importantes del mundo natural antes de que nos atrapen sin estar preparados. Varios de estos ya están listos para generar tecnologías que serán un punto de inflexión y crearán nuevos conocimientos.

Con esto en mente, pedimos a una red de expertos que nos dijeran cuáles son los temas de investigación que más los entusiasman y cuáles, los que más les preocupan. Seiscientos sesenta respondieron. Creemos que sus respuestas lo sorprenderán.

Futuras fronteras

Como es de esperar, las mismas tecnologías de las que muchos de nosotros leemos y hablamos son también prioritarias en las mentes de los expertos. Los problemas complejos que surgieron incluyeron a los sospechosos habituales, la inteligencia artificial, la modificación del genoma humano, la energía sostenible y el futuro de las armas.

Pero si queremos estar mejor preparados para esperar lo inesperado, debemos escuchar con más atención. La Encuesta de Futuras Fronteras apunta precisamente a eso. En lo profundo de los datos, encontramos voces cuyas esperanzas y temores sonaron diferentes a los del resto.

A partir de estas respuestas intrigantes, extrajimos ocho Fronteras Futuras de la ciencia y la tecnología que todos deberíamos conocer más. Cuatro son muy prometedoras y cuatro representan grandes riesgos.

Las cuatro más prometedoras

1. Biología cuántica

¿Cómo pueden las plantas convertir la luz solar en energía química con la que pueden vivir en una milmillonésima parte de un segundo? ¿Cómo pueden las aves detectar el campo magnético de la Tierra para navegar miles de millas? ¿Cómo puede nuestro ADN mutar al azar sin causa aparente? ¿Qué es la conciencia?

Comprender cómo evolucionó la biología para aprovechar el comportamiento manifiestamente cuántico y qué papel puede tener la física cuántica en el cerebro humano es un área de investigación incipiente pero en crecimiento. Podría responder a algunos de los mayores misterios de la ciencia y conducir a tecnologías que superan nuestra imaginación. Obtenga más información en este artículo.

2. Aprendizaje automático a través de pequeños datos

No pasa un día sin que aparezca alguna noticia sobre cómo la inteligencia artificial cambiará nuestro mundo. Pero la IA que hoy conocemos tiene grandes limitaciones. Para que las máquinas aprendan, se requieren enormes conjuntos de datos de capacitación. Cuando se enfrentan a situaciones que difieren de los ejemplos utilizados en la capacitación, colapsan. La inteligencia humana hace exactamente lo opuesto. Vemos una nueva situación que nos sorprende, y con datos muy escasos, nuestros cerebros se programan para generalizar y, la mayoría de las veces, con excelentes resultados.

Los sistemas de inteligencia artificial que conocemos hoy en día siguen siendo impresionantes, pero probablemente son como un pequeño poni que repite siempre el mismo truco. Un sistema que puede aprender con tanta agilidad como un ser humano y ofrecer servicios valiosos sin la necesidad de grandes cantidades de datos de capacitación sería un verdadero cambio. Podría equiparar o superar nuestras propias capacidades.

3. Superconductividad a temperatura ambiente

Pocas cosas han cambiado la condición humana más que nuestra capacidad para aprovechar la energía eléctrica. Pero con el tiempo, la electricidad que almacenamos en una batería se degrada, y cuando transmitimos electricidad a través de cables, siempre algo de energía se pierde. Los materiales superconductores pueden lograr la transmisión y el almacenamiento de electricidad sin pérdidas, y crear poderosos campos magnéticos que nunca se debilitan.

Imagine trenes de levitación que pueden alcanzar velocidades increíbles; un mundo alimentado enteramente por granjas solares en el desierto; computadoras ultrarrápidas; máquinas económicas de resonancia magnética; y otras tecnologías que jamás hemos soñado.

Sin embargo, los superconductores que tenemos hoy en día solo funcionan cuando se enfrían a cientos de grados bajo cero. Esta es una hazaña técnicamente difícil que hace que la tecnología superconductora sea imposible de escalar comercialmente. Lograr la superconductividad a temperatura ambiente transformaría el mundo de una manera comparable a cuando comenzamos a usar electricidad.

4. Venómica

Desde arañas y escorpiones hasta ranas y caracoles, existen más de 220.000 especies que producen los complejos cócteles de toxinas llamados venenos. Los venenos contienen proteínas poderosas que han evolucionado para actuar con rapidez y de manera muy precisa, uniéndose a objetivos específicos en el cuerpo como un candado y una llave, con un efecto devastador. En resumen, son las drogas perfectas que nos provee la naturaleza. Si los expertos en química pudieran producir medicamentos que funcionen tan bien como el veneno, veríamos un aumento drástico en la eficacia de los medicamentos y una disminución en los efectos secundarios.

Una de las razones por las que los fabricantes de medicamentos no han usado más los venenos es la dificultad de esclarecer su compleja composición química para identificar los ingredientes activos. Pero la aplicación de nuevas tecnologías 'ómicas', herramientas que caracterizan sistemáticamente las diferencias en el ADN, el ARN, las proteínas y las moléculas involucradas en las estructuras celulares y el metabolismo, están permitiendo que los científicos descodifiquen y cataloguen la estructura del veneno a un ritmo mucho más rápido. Podrían conducir a una revolución en el descubrimiento de medicamentos para tratar enfermedades humanas.

Este artículo sobre la intoxicante ciencia de la venómica analiza este tema en profundidad.

Cuatro áreas de investigación preocupantes

1. Armas letales autónomas

Ya sean drones, armas de fuego o robots, lo que define a los sistemas de armas letales autónomas (lethal autonomous weapon systems, LAWS) es que, una vez desplegados, toman sus propias decisiones sobre cuándo usar o no su fuerza letal.

Para obtener información completa, lea este artículo de Peter Maurer, Presidente del Comité Internacional de la Cruz Roja.

2. Fenotipo digital

Los fanáticos de la ciencia ficción han soñado durante mucho tiempo con dispositivos portátiles que diagnostican enfermedades y dolencias con un escaneo rápido del cuerpo. Dicha tecnología está ahora cerca de hacerse realidad, con la llegada de algoritmos que pueden analizar grabaciones de video, texto y audio para identificar patrones sutiles, o anomalías que los ojos y oídos humanos no pueden captar.

Si bien el fenotipo digital podría empoderar a las personas, también podría usarse para evaluar de forma pasiva a las poblaciones sin su consentimiento o conocimiento. Las cámaras de seguridad y vigilancia se han convertido en un hecho cotidiano en ciudades, centros de transporte, oficinas e incluso escuelas. Pronto, estos sistemas podrán captar cambios en nuestra salud física y mental sin que nosotros lo sepamos.

La expansión de dispositivos digitales que rastrean nuestros patrones de comportamiento podría incluso estar a punto de cambiar el campo de la psiquiatría, escribe Amit Etkin, Profesor Asociado de Ciencias de la Psiquiatría y el Comportamiento en la Universidad de Stanford, en este artículo.

Lo que hagan las empresas, los gobiernos o terceros con esos datos abrirá una nueva frontera en los ya complicados debates sobre privacidad de datos y derechos digitales.

3. Neuromodulación no invasiva

Fuerzas intangibles, como las corrientes eléctricas, las ondas de ultrasonido y la estimulación magnética, pueden utilizarse para alterar los estados mentales, los comportamientos o la fisiología del cerebro en formas que solían requerir traspasar el cráneo por medio de una cirugía o ingerir medicamentos. Esto ha dado como resultado nuevos tratamientos para la depresión persistente o el alivio de los temblores de la enfermedad de Parkinson sin tener que implantar un dispositivo en el cerebro del paciente.

Imagen: Neuronal Red

Pero sin una regulación clara, esta tecnología es fácil de usar en formas no aprobadas, que podrían poner a los consumidores en riesgo. Ya existe un pequeño mercado que se desarrolla en torno a los kits de estimulación cerebral caseros. Llevando las conclusiones a un extremo, no es difícil imaginar un futuro en el que las empresas y los gobiernos puedan implantar dispositivos para manipular los estados mentales de los trabajadores, soldados o ciudadanos, regulando sus niveles de vigilia, sumisión a la autoridad, temores o inhibiciones.

Para obtener más información sobre la ciencia de control mental no invasiva, vea nuestra entrevista con Antoine Jerusalem, Profesor en el Departamento de Ciencias de la Ingeniería de la Universidad de Oxford.

4. Justicia predictiva

Esta es la capacidad de usar inteligencia artificial, técnicas de neuroimagen y datos masivos para identificar individuos y situaciones hipotéticas donde existe una alta probabilidad de que ocurra un delito. La inteligencia artificial utilizada en las salas de juzgados puede ayudar a que la justicia sea más eficiente, pero considere los riesgos en un mundo donde proliferan los algoritmos de falsificación de pruebas.

Nos enfrentamos a una revolución digital, sostiene Daniela Piana en este artículo que analiza la ética de la justicia predictiva. Depende de nosotros garantizar que sigamos siendo gobernados por la ley en lugar de caer en la trampa de hacer que el imperio de la ley sea igual a la regla del código.

David Gleicher es director de Ciencia y Sociedad del Foro Económico Mundial.

Fuente: World Economic Forum 

¿Es posible el teletransporte de personas?

Para hacerlo con un objeto, habría que desintegrarlo totalmente, llevar sus átomos a otro lugar y recomponerlo en su destino.

Tripulación de la nave estelar 'Enterprise', de la serie de televisión 'Star Trek', en el teletrasportador que utilizaban en la ficción.

El diccionario de la Real Academia Española (RAE) no recoge las palabras teletransporte y teletransportar. Aunque encontramos una definición de ellas en la Wikipedia, donde se dice que teletransportar es transportar un objeto de un lugar a otro sin que exista un medio físico que haga ese transporte. Si yo estoy aquí (en Córdoba) y de repente aparezco de manera instantánea en Madrid, eso sería teletransporte.

Con los conocimientos científicos que tenemos en la actualidad, el teletransporte de objetos no es posible. Pero en ciencia nunca se puede decir que algo es imposible. En el siglo XIX nadie pensaba que se podría tener un hijo a partir de la fecundación de un óvulo y un espermatozoide en un laboratorio. Así que es probable que en algún momento se puedan teletransportar personas aunque estoy segura de que yo no lo veré.

A veces leemos que ya se ha conseguido el teletransporte. Pero a lo que se refieren esas noticias es a un teletransporte cuántico, algo muy diferente del teletransporte de personas por el que preguntas. En ese caso se trata de partículas en estado cuántico que pueden viajar como si fueran ondas electromagnéticas a otro lugar, pero se trata de fotones y partículas elementales. Si hablamos de objetos, o de personas, la enorme diferencia es que no solo están formadas por partículas sino también por las interacciones entre dichas partículas.

Para poder teletransportar un objeto inanimado habría que desintegrar totalmente ese objeto; es decir, romper sus átomos, sus moléculas, etc… y todo ello se movería, llegaría a otro lugar y se volvería a recomponer en su destino. Es seguro que cuando se haga realidad el teletransporte se comenzará con objetos inanimados porque si hablamos de seres vivos, la complejidad es todavía mayor. La cuestión es que los seres vivos, sobre todo las personas, no solo estamos formados por átomos, etc…, nosotros tenemos un cerebro y en el cerebro existen una serie de conexiones: recuerdos, pensamientos o sentimientos. Es decir, tenemos una actividad bastante diferente de una piedra o una taza. Por lo tanto, deshacer un organismo vivo y que la recomposición de ese individuo dé lugar a ese mismo ser con sus mismas conexiones cerebrales me parece muy complicado.

El artículo completo en: El País (España)

La carrera por el ordenador cuántico

En la imagen, un físico del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología sostiene un circuito que se utiliza para amplificar las señales de un detector de fotones. Crédito: Geoffrey Wheeler.

Los ordenadores cuánticos están llamados a revolucionar la computación. Su capacidad para realizar operaciones imposibles les convierte en una especie de santo grial y han desencadenado una competición que, de momento, lidera Estados Unidos. Su músculo industrial con compañías como Google o IBM no lo tienen Europa ni China, que también luchan por conseguir esta ansiada tecnología.

La principal diferencia entre un ordenador cuántico y uno convencional es la forma de procesar la información. Si las computadoras clásicas lo hacen en bits, y cada uno toma el valor de 1 o 0, los ordenadores cuánticos utilizan cúbits (o bits cuánticos), lo que significa que pueden representar a la vez tanto un 1 como un 0. Además, se correlacionan entre sí, es decir, que el valor de uno puede depender del valor de otro, lo que se conoce como entrelazamiento cuántico.

Esta revolucionaria forma de procesar la información imita a la naturaleza en sus formas más pequeñas. Partículas y otros diminutos elementos se comportan de formas extrañas, adquiriendo más de un estado al mismo tiempo e interactuando con otras partículas que están situadas muy lejos. Su comportamiento se rige por las leyes de la mecánica cuántica.

Simulando estas interacciones, los ordenadores cuánticos realizarán operaciones muy complejas y resolverán problemas que los tradicionales no tienen la capacidad de solucionar, como el cálculo de factores de números gigantes o el estudio preciso de interacciones entre átomos y moléculas. De esta forma, se espera que áreas como los nuevos materiales, el desarrollo de fármacos o los sistemas de inteligencia artificial avancen a una velocidad sin precedentes con la ayuda de esta nueva computación.

Aunque ya existen varios modelos de ordenador cuántico todavía no se ha desarrollado uno que alcance los 50-100 cúbits, con capacidades que superarían las de los ordenadores clásicos. IBM el año pasado aseguró haber llegado a los 50 cúbits pero los expertos se muestran cautos porque los investigadores de la compañía no explicaron los detalles en ninguna revista científica. Por su parte, Google afirma haber conseguido una tecnología con 72 cúbits.

“Las cosas se vuelven interesantes una vez que tenemos entre 50 y 100 cúbits que se pueden controlar por completo, por ejemplo, el entrelazamiento usado por algoritmos complejos, que muestran capacidades algorítmicas más allá de las máquinas clásicas”, señala a OpenMind Rainer Blatt, investigador del Instituto de Física Experimental de la Universidad de Innsbruck (Austria).

“Esto no se ha logrado en ningún sitio pero probablemente lo veremos en los próximos años”, añade el científico.

El artículo completo en:

Open Mind

El haz de neutrinos más potente atravesará 1.300 kilómetros de la Tierra

El chorro de partículas pasará por un gigantesco detector capaz de observar la formación de un agujero negro en tiempo real y permitirá buscar respuestas al origen del universo.

Extienda la palma de la mano. Cuente hasta tres. Un billón de neutrinos acaba de atravesar la piel, el músculo y los huesos de su mano. Estas minúsculas partículas pasan por el espacio vacío de los átomos casi a la velocidad de la luz en un viaje interestelar que no deja rastro. El Experimento de Neutrinos Subterráneo Profundo (DUNE, por sus siglas en inglés) proyecta un nuevo acelerador y dos nuevos detectores de un haz de neutrinos que recorrerá 1.300 kilómetros por el subsuelo de Estados Unidos. La prueba puede aportar respuestas sobre el origen del universo.
 
Los neutrinos son tan ligeros y escurridizos que pueden atravesar un año luz de plomo macizo sin despeinarse. Y, sin embargo, los científicos han conseguido atraparlos. A cien metros bajo tierra, en un laboratorio a las afueras de Chicago (EE UU) existe una cueva que alberga un contenedor metálico del tamaño de un autobús, repleto de luces, instrumentos de medición y cables. Es un detector de neutrinos.

Estas partículas subatómicas ostentan varios récords en el campo de la física. Son los corpúsculos de materia más abundantes del universo y, a pesar de ello, siguen siendo un rompecabezas. Esto es porque también son los más pequeños, lo cual impide estudiarlos directamente. Nadie sabe cuál es su masa, pero los experimentos indican que debe de ser al menos 100.000 veces menor que la del electrón, que es la siguiente partícula menos pesada. Además, no tienen carga eléctrica, por lo que raramente interactúan con otros cuerpos.

Aunque los neutrinos pueden venir de muchos sitios —como las estrellas o los plátanos—, su mayor fuente terrestre es un acelerador de partículas que arroja protones contra un bloque de grafito y está cerca de esa cueva de EE UU, en las instalaciones del laboratorio de ciencia básica Fermilab (Fermi National Accelerator Laboratory). Los científicos creen que estas partículas podrían ser la clave para descubrir física más allá del Modelo Estándar, el marco teórico incompleto que describe el comportamiento de la materia.

Un detector más grande que el de Chicago se encuentra enterrado a 800 kilómetros de distancia, en la mina Soudan del estado de Minessota. Juntos forman el experimento NOνA. Los científicos estadounidenses han creado el haz de neutrinos —que atraviesa el detector cercano y el lejano, además de toda la materia de la corteza terrestre que los separa— para tener las mejores posibilidades de observar estas partículas y de estudiar su extraño comportamiento. Los neutrinos son como fantasmas, invisibles a los instrumentos de la ciencia, pero muy de vez en cuando alguno colisiona con un átomo del fluido que hay dentro de los detectores. Esto produce partículas con carga eléctrica que dejan rastros visibles. Encontrarlos, entonces, se convierte en cuestión de cifras: cuanto más denso sea el chorro que sale del acelerador, mayor probabilidad hay de que algún neutrino choque contra un átomo en el detector.

Pero NOνA es solo el principio. Esta instalación, que desde 2014 es el mayor experimento de neutrinos de larga distancia, está abriendo camino para algo mucho mayor: DUNE. Un nuevo acelerador y un nuevo detector serán el punto de partida para un haz de neutrinos que viajará desde Fermilab hasta el Centro de Investigación Subterráneo de Sanford (SURF), en Dakota del Sur. Allí, a un kilómetro y medio de profundidad, los investigadores de la colaboración internacional DUNE pretenden enterrar el mayor detector de la historia: cuatro módulos del tamaño de una piscina olímpica cada uno, pero seis veces más profundos, rellenos con 17.000 toneladas de argón líquido.

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El País (Ciencia)

El gato que está "vivo y muerto" y otros 9 avances de la física cuántica en 2016

Este 2016 parece haber sido un triunfo para la física cuántica.

El descubrimiento de ondas gravitacionales, anunciado en febrero, fue declarado el avance del año.
             
Aunque la lista hecha por la revista Physics World también cuenta con un nuevo giro a la muy querida idea del gato de Schrödinger y la detección de un planeta que orbita alrededor de la estrella más cercana al Sistema Solar.

Para detectar las ondas gravitacionales se requirió del trabajo en equipo de 80 instituciones en todo el mundo bajo la coordinación de los laboratorios Ligo.

• ¿Qué son las ondas gravitacionales que Einstein predijo?

Ligo tiene varios centros en todo el mundo que dispara láser a través de largos túneles a fin de detectar la deformación en la estructura del espacio-tiempo.

La primera señal se generó con la colisión de dos agujeros negros a más de 1.000 millones de años luz de la Tierra.

"Lo que se ha logrado con Ligo, particularmente en un espacio de tiempo relativamente corto, es verdaderamente increíble", señaló Hamish Johnston, editor de la revista Physics World. 

"La observación se pudo hacer con la primera evidencia directa de la existencia de agujeros negros, así que Ligo ya ha cambiado nuestra visión del Universo".

• Por qué es tan importante que se haya comprobado la predicción de Albert Einstein sobre las ondas gravitacionales

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En cuanto a los otros 9, aquí los exponemos sin un orden en particular:

El gato de Schrödinger que está en dos lugares al mismo tiempo

La conocida paradoja presenta la idea de un gato en una caja que puede estar simultáneamente vivo y muerto.

El escenario fue diseñado para ilustrar algunos de los principios del extraño mundo de la física cuántica.

Es un ejemplo de la superposición cuánticas donde las partículas pueden estar en dos estados distintos al mismo tiempo.

Ahora, un equipo de científicos estadounidenses y franceses demostraron que el gato puede estar en dos lugares separados al mismo tiempo.

Al construir su gato a partir de fotones microondas coherentes, el estado del "gato electromagnético" pudo haber sido compartido por dos cajas separadas.

"Más allá de lo absurdo del sentido común en el mundo clásico, la capacidad de compartir estados cuánticos en diferentes lugares podría ser un poderoso recurso para el procesamiento de información cuántica", explicaron los expertos en la revista .

Enredos y súper veloces computadoras cuánticas

Un equipo internacional creó y midió un fenómeno llamado enredo cuántico entre dos tipos distintos de iones, un átomo cargado o molécula.

El descubrimiento podría ayudar a mostrar el camino hacia las computadoras cuánticas superrápidas.

• Las supercomputadoras que pueden cambiar para siempre el mundo de las finanzas

Las computadoras cuánticas, basadas más en la mecánica cuántica que en la electrónica, tienen el potencial de ser más poderosas que las tradicionales.

A diferencia de las computadoras tradicionales -que se basan en el sistema binario (bits)- las cuánticas tienen qubits, que pueden ser tanto 0 como 1 al mismo tiempo, un estado conocido como superposición.

Y en un mundo en el que la rapidez con la que pueden analizarse datos para luego tomar decisiones hace la diferencia entre ganancias y pérdidas, la velocidad de las computadoras es clave.

El artículo completo en la web de la BBC

 

Qué son las “cuasipartículas” y cómo pueden cambiar tu vida en el futuro

Durante décadas físicos han intentado una y otra vez observar la formación de un extraño fenómeno que ocurre a una trillonésima parte de segundo en algunos materiales en estados sólido.

Saber el origen, evolución y muerte de este fenómeno puede tener grandes implicaciones en nuestras vidas. 

Esto se debe a que gracias al estudio del comportamiento de las "cuasipartículas" se podrían desarrollar procesadores cuánticos. 

Y los procesadores cuánticos tienen la capacidad de -literalmente- conseguir una aguja en un pajar en cuestión de un segundo.

Si las computadoras que tenemos te parecen muy eficientes, imagina lo que se podría conseguir con procesadores ultrarápidos.

Ahora un equipo de científicos de la universidad de Innsbruck en Austria lo logró, pudo ver el origen mismo de unas cuasipartículas.

Día perfecto de esquí


¿Y qué son las cuasipartículas? 

Son partículas capaces de viajar en estado sólido rodeadas por una nube de otras partículas que se arrastran con ella a su paso.

"Imagina a un esquiador que pasa por una nieve fresca como el polvo", le dice a BBC Mundo Rudolf Grimm, uno de los investigadores del estudio. 

"A su paso, el esquiador está rodeado por una nube de cristales de nieve y juntos forman un sistema que tiene distintas propiedades a las que pudiera tener el esquiador sin la nube".

Según el experto, estas partículas con sus nubes pueden simplificar los sistemas eléctricos "casi como magia".

Por su parte, para el profesor de física Jon Prance de la universidad de Lancaster, Inglaterra, entender el comportamiento de estos sistemas es importante para construir computadoras cuánticas.

"Lo que a mi personalmente me entusiasma porque nos permitiría simular mecánica cuántica que con los computadores que tenemos no se puede".

Esta es una aplicación para la física cuántica. Sin embargo, para nosotros, tener computadores cuánticos puede tener tantos usos como uno pueda imaginar.

El artículo completo en la BBC

El neutrino que podría explicar por qué existimos... no existe

El cuarto tipo de neutrinos, el único que no se ha podido identificar, permite entender sobre el papel por qué hay más materia que antimateria.

El área roja indica el lugar donde debería registrarse la señal de los neutrinos estériles sobre el IceCube Neutrino Observatory, en el Polo Sur.

Son unas de las partículas más abundantes del universo pero también de las más difíciles de detectar. Su masa es una millonésima parte de la de un electrón y apenas interaccionan con la materia, de ahí que consigan atravesar prácticamente cualquier cosa que se les ponga por delante, aunque sea la misma Tierra. Son los neutrinos, también conocidos como las partículas fantasma por exhibir un comportamiento tan particular. Hasta el momento se han descrito tres tipos diferentes, pero la comunidad científica trataba de encontrar un cuarto que, sobre el papel, explicaría por qué hay más materia que antimateria. En definitiva, la partícula que resolvería, entre otros misterios, por qué existimos.

Pero esa partícula no existe. O, al menos, no ha podido ser detectada. Ésa es la conclusión a la que ha llegado un grupo de investigadores del Instituto Niels Bohr de la Universidad de Copenhague (Dinamarca), después de desplazarse al Polo Sur para trabajar en el IceCube Neutrino Observatory, donde han analizado los miles de neutrinos que atraviesan nuestro planeta de un polo a otro. Pero no han hallado ni rastro de ese nuevo componente del grupo. Sus resultados los publica ahora la revista Physical Review Letters.

El artículo completo en:

El Mundo Ciencia

El 'gato' de Schrödinger, vivo y muerto en dos sitios a la vez

Un 'gato cuántico' puede estar vivo y muerto pero, además, en dos lugares al mismo tiempo.

El gato de Schrödinger es un famoso experimento mental que explora la forma en la que un sistema cuántico, como un átomo o un fotón, pueden existir en varios estados a la vez, un fenómeno conocido como superposición cuántica.

Un gato desafortunado que se encierre en una caja puede estar o no vivo, pero los científicos que analizan la caja desde fuera no pueden saber su estado a menos que la abran. El animal, por tanto, puede estar tanto vivo como muerto cuando no se le observa.

De forma similar, en física cuántica, las partículas subatómicas pueden estar en un estado o en otro. Sin embargo, estas partículas también pueden estar entrelazadas, 'conectadas' de alguna forma en un estado único a través del espacio.

Ahora investigadores de la Universidad de Yale (EE UU) demuestran con un experimento que un 'gato cuántico' puede estar vivo y muerto pero, además, en dos lugares al mismo tiempo, según publican esta semana en la revista Science.

"El objetivo de nuestra plataforma es investigar y arrojar luz sobre la naturaleza del entrelazamiento, aplicándolo potencialmente a la computación cuántica y a la comunicación a larga distancia", declara a Sinc Yvonne Gao, coautora del trabajo. "Mediante la explotación de estos estados entrelazados, también se allana el camino para realizar operaciones lógicas entre dos bits cuánticos con errores corregibles".

Fotones en cajas

Para realizar el experimento, los científicos indujeron a un conjunto de fotones a tener estados iguales, entrelazarse. Para ello diseñaron un sistema con dos cavidades separadas (denominadas Alice y Bob, que actúan de 'cajas'), y aplicaron ondas de luz, de tal manera que solo una longitud de onda puede existir en las cavidades en un momento dado, lo que las otorga cualidades similares aunque estén distanciadas.

Las dos cavidades se puentearon con un superconductor, un átomo artificial que permite manipular los estados cuánticos dentro de los cajas. Así, el equipo sometió los fotones de una cavidad a un laberinto de puertas que les proporcionó un patrón de giros distintivo. De esta forma, los investigadores pudieron darle a los fotones dos estados distintos (como el gato vivo o muerto) y observaron el mismo estado en los fotones de la cavidad de al lado.

Ignacio Cirac, director del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica en Múnich (Alemania), indica a EL MUNDO que ya se habían creado estados parecidos relacionados con el gato de Schrödinger con otros sistemas: "En particular, hace 3 años dieron el premio Nobel a Haroche y Wineland por, entre otras cosas, crearlos con fotones e iones, respectivamente. La diferencia es que en el presente artículo se usan bastantes más fotones, creados de una manera distinta, con dos cavidades separadas en el espacio y con un experimento mucho más controlado". A su juicio, las aplicaciones en computación cuántica "no son directas, pero sí que van en la buena dirección".

El artículo completo en:

El Mundo Ciencia

Mala suerte, Einstein: la “acción fantasmagórica” es real

Un nuevo estudio pone en duda uno de los principios esenciales de la física clásica.

Una parte del laboratorio instalado para el experimento de la Universidad Técnica de Delft, donde dos diamantes situados a 1,3 kilómetros de distancia se entrelazaron y compartieron información. / Universidad de Delft.

Científicos de la Universidad Técnica de Delft (Holanda) han realizado un experimento que, en su opinión, demuestra una de las afirmaciones fundamentales de la teoría cuántica: los objetos separados entre sí por una gran distancia pueden afectar instantáneamente a sus respectivos comportamientos.


El hallazgo constituye un nuevo revés para uno de los principios esenciales de la física clásica, conocido como “localidad”, que afirma que un objeto solo se ve directamente influido por su entorno inmediato. El estudio de Delft, publicado en la revista Nature, otorga mayor credibilidad a una idea que Einstein rechazó sonadamente. El científico afirmó que la teoría cuántica necesitaba una “acción fantasmagórica a distancia”, y se negó a aceptar la idea de que el universo pudiese comportarse de una manera tan extraña y aparentemente aleatoria.

En concreto, Einstein se burlaba del concepto de que las partículas separadas pudiesen estar tan plenamente “entrelazadas” que, al medir una partícula, la otra se viera influida al instante, independientemente de la distancia que las separase. Einstein quedó profundamente contrariado por la incertidumbre que introducía la teoría cuántica, y comparó sus implicaciones con que Dios jugase a los dados.

El artículo completo en:

El País Ciencia

Se crea el primer agujero gusano magnético ¡que conecta dos regiones del espacio!

Películas como «Stargate», «Star Trek» o «Interstellar» han popularizado el término «agujero de gusano», que es una hipotética característica topológica de un espacio-tiempo que, en esencia, consiste en un atajo a través del espacio y el tiempo. Lo ideal para llegar a un planeta remoto en un instante. 

Ahora, científicos de la Universidad Autónoma de Barcelona (UAB), ha logrado crear el equivalente magnético a un agujero de gusano. Este túnel invisible, pues, conecta magnéticamente dos regiones del espacio, según publican en la revista en Scientific Reports.

Lo que han conseguido, pues, es un túnel cósmico que transfiere «el campo magnético de un extremo a otro manteniéndolo indetectable e invisible a lo largo de todo el camino». Según el director del proyecto, Álvar Sánchez, un agujero de gusano magnético «es una analogía de los gravitatorios, ya que cambia la topología del espacio, como si la región interior hubiera sido borrada magnéticamente del espacio».


En el ámbito gravitatorio es imposible por tanto crear agujeros de gusano con la tecnología actual, ya que habría que manipular el campo con grandes cantidades de energía gravitacional, pero no así en el ámbito del electromagnetismo, donde el uso de metamateriales y metasuperficies, como en este caso, permiten construir el túnel experimental, de manera que el campo magnético de una fuente, como un imán o un electroimán, aparece en el otro extremo del agujero de gusano como un monopolo magnético aislado. El efecto es el de un campo magnético que va de un punto a otro como si se propagara por una dimensión ajena a las tres dimensiones convencionales. 

Los metamateriales son materiales que adquieren propiedades que no existen de manera natural en nuestro universo. Aquí han concebido una esfera compuesta de dos capas: la primera está formada por tiras de un material super conductor capaz de deflectar los campos magnéticos. Y en el interior esta esfera se encuentra otra de material magnético capaz de "ocultar" el efecto de los super conductores. Al surgir de la nada, por uno de los puntos, el campo magnético tiene un solo polo y se puede trabajar con él (a pesar de que en la naturaleza no existan imanes monopolo, sí existían teóricamente).

Este descubrimiento es un paso adelante para acercar a posibles aplicaciones en las que se utiliza el campo electromagnético, como en la medicina, donde las resonancias magnéticas podrían ser más cómodas y se podrían obtener imágenes de diferentes partes del cuerpo simultáneamente.

Tomado de:

Xakata Ciencia

¿Cómo podría Santa Claus entregar todos los regalos de Navidad?

El reto es bastante claro. Papá Noel necesita entregar todos sus regalos en 24 horas: ¿cómo puede lograrlo? Bueno, tiene que ser inteligente, creativo y algo más.

Para empezar, los números no se ven tan mal como podrías pensar.

Unicef dice que hay 2.200 millones de niños en el mundo. Pero recordemos que Santa Claus sólo entrega regalos a los niños buenos (de todas las religiones, incluyendo ateos, agnósticos, etc.).

Así que vamos a estimar el 50% de los niños pasan la prueba. ¡Y eso puede ser un cálculo generoso!

Muchos de los niños viven en la misma casa, por lo que si tomamos el promedio mundial de 2,5 niños por hogar y esperamos que los niños buenos estén juntos, sólo podría tener que visitar 440 millones de hogares.

También podría tener más de 24 horas.

Roger Highfield, autor de "La Física de Navidad, calcula que si se viaja en la dirección opuesta a la rotación de la Tierra, San Nicolás tendría otras 24 horas para llevar a cabo su misión.

Pero aun así, esto seguramente no sea suficiente tiempo para un trabajo de tal magnitud.

Entonces, ¿cómo lo hace? Aquí hay cinco posibles respuestas:

Podría volar muy, muy rápidamente

Según Highfield, exeditor de la revista New Scientist, Papá Noel tendría que acercarse a la velocidad de la luz con el fin de entregar todos los regalos.

A 300.000 kilómetros por segundo, podría vuelta al mundo siete veces en un segundo.

A 300.000 kilómetros por segundo, Papá Noel podría vuelta al mundo siete veces en un segundo.

Aunque esto podría explicar por qué la nariz del reno Rodolfo se ve tan roja, no parece posible.

A esta velocidad San Nicolás iría arrinconado contra el asiento del trineo por las enormes fuerzas y él, sus renos y el trineo simplemente se quemarían en la atmósfera.

...o tal vez usar un ejército de elfos

En base a nuestros cálculos anteriores, Santa Claus tiene que visitar 440 millones de hogares.

El Servicio Postal de Estados Unidos dice que maneja cerca del 40% de la correspondencia mundial y realiza alrededor de 158.000 millones de envíos cada año, un promedio de 434 millones artículos al día.

El Servicio Postal de EE.UU. entrega un promedio de 434 millones de artículos al día.

Así que si utilizara su plantilla de más de 600.000 empleados y una de las mayores flotas de vehículos en el mundo, San Nicolás podría ser capaz de hacer el trabajo. O casi.

Pero aunque los elfos le pueden ayudar con la logística en la trastienda, sólo hay un Papá Noel para las entregas.

Sin embargo, todavía le queda el camino de la física.

Quizás utiliza agujeros espacio-temporales

Para entender cómo funcionan, imagínate que dibujas tu casa en el lado izquierdo de una hoja de papel y la de tu amigo en el lado derecho, con un camino que las une.

Papá Noel podría aprovecharse de los agujeros espacio-temporales.

Un agujero espacio-temporal sería como doblar el papel por la mitad –las casas ahora están enfrentadas por detrás–, y Papá Noel puede utilizar su profundo conocimiento de la Teoría de la Relatividad para viajar a través del papel sin tener que seguir la línea de la ruta.

¡Mucho más rápido!

...o crea una nube de relatividad

Larry Silverberg, profesor de ingeniería mecánica y aeroespacial de la Universidad de Carolina del Norte (EE.UU.), también sostiene que Papá Noel es experto en manipular y controlar el tiempo y el espacio.

Él postula que podría crear una nube de relatividad en la que el espacio, el tiempo y la luz se perciben de una manera completamente diferente a como se perciben fuera de esta nube.

"Dentro de la nube, San Nicolás tiene meses para entregar los regalos. Desde el interior, ve el mundo congelado", explica Silverberg.

"Dentro de la nube, San Nicolás tiene meses para entregar los regalos. Desde el interior, ve el mundo congelado", explica Silverberg.

Aquellos de nosotros fuera de esa nube sólo veríamos un momento fugaz. Y seis meses dentro de ella es apenas un abrir y cerrar de ojos para nosotros. Es por ello que Santa no tiene prisa para entregar los regalos.

Según Silverberg, Papá Noel literalmente tiene todo el tiempo en el mundo.

... o recurre a la física cuántica

Papá Noel también podría recurrir a un fenómeno cuántico, y así podría estar en cualquier lugar en el mundo en cualquier momento en Nochebuena.

Así lo afirma Daniel Tapia, científico en los laboratorios en Ginebra del Consejo Europeo para la Investigación Nuclear (CERN).

Papá Noel podría comportarse como un fenómeno cuántico, y así podría estar en cualquier lugar en el mundo en cualquier momento en Nochebuena.

"Puede ser que Santa Claus sea una superposición de estados cuánticos, en otras palabras, una colección de Santas difundidos en todo el planeta".

Siguiendo la teoría del físico mexicano, cada uno de los estados cuánticos de Papá Noel daría un regalo a cada niño que esté dormido en ese momento.

Si un solo niño lo viera, su estado cuántico se derrumbaría y no podría entregar más regalos.

Así que por favor, niños, ¡duerman bien! La maravilla de Santa depende de que nunca lo veamos. Si lo llegamos a ver, deja de existir.

Fuente:

BBC Ciencia

Crean la "sonrisa cuántica" del Gato de Cheshire

Descubren el secreto científico de la misteriosa sonrisa del gato de Alicia,

Es la primera vez que lo consiguen: los científicos separaron una partícula de una de sus propiedades físicas, creando así un "Gato de Cheshire cuántico".

El fenómeno recibe el nombre del enigmático felino del cuento de "Alicia en el país de las maravillas", que se desvanece dejando su sonrisa flotando en el aire.

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Para su hazaña, que describen en la revista especializada Nature Communications, los investigadores tomaron un haz de neutrones y los separaron de sus momentos magnéticos, como cuando los pasajeros se separan brevemente de su equipaje en el control de seguridad de los aeropuertos.

Y el mismo truco de separación podría en principio realizarse con cualquier propiedad de cualquier objeto cuántico, aseguran sus creadores, científicos de la Universidad de Tecnología de Viena, Austria.

¿Y para qué puede servir la sonrisa cuántica de un gato imaginario? Según los expertos, esta técnica podría ser muy útil para la metrología, la ciencia que estudia las mediciones, al permitir filtrar las perturbaciones durante las mediciones de alta precisión de sistemas cuánticos.

La paradoja de Schrodinger

En la clásica historia para niños de Lewis Carroll, el Gato de Cheshire desaparece lentamente del cielo y deja solamente su sonrisa pícara.

Ante esto, Alicia exclama: "He visto a menudo un gato sin sonrisa, pero no una sonrisa sin gato. ¡Es la cosa más curiosa que he visto en mi vida!"

La idea de un "Gato de Cheshire cuántico" fue propuesta por primera vez en 2010 por Jeff Tollasksen, de la Universidad de Chapman, en Estados Unidos, uno de los autores de este nuevo trabajo.

El gato (el neutrón) va por el camino de arriba, y su sonrisa (el momento magnético) va por el de abajo.

En el mundo que conocemos, un objeto y sus propiedades siempre van juntos.
Una pelota que gira, por ejemplo, no puede separarse de su rotación.

La teoría cuántica predice que una partícula (como un fotón o un neutrón) puede separarse físicamente de una de sus propiedades, como su polarización o su momento magnético (la fuerza con la que se acopla a un campo magnético externo).

"Encontramos el gato en un lugar, y su sonrisa en otro", explican los investigadores.

La analogía felina es un guiño al gato de Schrodinger – el experimento imaginario en el que, dentro de una caja, un gato está muerto y vivo al mismo tiempo, ilustrando un fenómeno cuántico conocido como superposición.

La precisión del gato cuántico

Para probar que el Gato de Cheshire no es sólo una teoría simpática, los científicos usaron una máquina llamada interferómetro en el Instituto Laue-Langevin (ILL) en Grenoble, Francia.

Allí hicieron pasar un haz de neutrones por un cristal de silicona dirigiéndolo en dos caminos diferentes, como los pasajeros y sus maletas en el control de los aeropuertos.

La hazaña cuántica se logró en el Intituto Laue-Langevin (ILL) en Grenoble, Francia.

Al aplicar filtros y una técnica conocida como "post selección" pudieron detectar la separación física de los neutrones de sus momentos magnéticos.

"El sistema se comporta como si los neutrones fueran por un camino, mientras sus momentos magnéticos viajan por el otro", detallaron los expertos.

Pero para poder ver este Gato de Cheshire se requiere lo que los físicos cuánticos llaman una "medición débil", en la que interactúan con un sistema muy suavemente para evitar que colapse de su estado cuántico a uno clásico.

Sus delicados aparatos pueden tener aplicaciones útiles para la metrología de alta precisión, dicen los autores.

"Por ejemplo, uno podría imaginar una situación en la que el momento magnético de una partícula eclipsa a otra de las propiedades de la partícula que uno quiere medir con mucha precisión".

"El efecto del Gato de Cheshire puede dar lugar a una tecnología que permita separar el momento magnético no deseado a una región donde no cause perturbación a la medición de alta precisión de la otra propiedad", dicen los creadores del enigmático gato cuántico.

Fuente:

BBC Ciencia