lunes, 19 de febrero de 2018

Científicos crean una nueva forma de luz

Investigadores de la Universidad de Harvard y del MIT han observado un comportamiento en tripletes de fotones que no ocurre en los fotones «normales»

Han «construido» polaritones que permiten que los fotones acaben interaccionando de formas interesantes - Christine Daniloff/MIT
Cuando dos coches se cruzan en la carretera de noche, los haces de sus faros no chocan entre sí ni rebotan; sencillamente siguen su camino. Los fotones de estas ondas electromagnéticas no interaccionan entre sí, y por eso los sables láser de Star Wars son un imposible: la luz no choca contra la luz ni atraviesa a un malvado soldado imperial.

En 2013, científicos de la Universidad de Harvard y del Instituto Tecnológico de Massachusetts (EE.UU.) observaron un curioso fenómeno: a través de un complejo experimento, obtuvieron una nueva forma de materia hecha de luz. En concreto, vieron cómo se formaban parejas de fotones unidos por una extraña interacción. Ahora, estos mismos investigadores han publicado un artículo en Science en el que aseguran que han creado tripletes de fotones, que son un paso más en su objetivo de crear una nueva y exótica forma de materia, hecha de luz.

Los átomos de la materia se caracterizan porque se «relacionan» con otros átomos: atraen y repelen a otros átomos, interaccionan. Por todo ello, se forman moléculas y ocurren las reacciones químicas, por ejemplo. Pero los fotones no suelen hacer este tipo de cosas, salvo que los físicos les sometan a complejas pruebas. Pero si lo hicieran, los ordenadores cuánticos o quizás incluso los sables de luz estarían mucho más cerca de materializarse.

El abrazo de la luz
Vladan Vuletic, Lester Wolfe y Mikhail Lukin han observado tripletes de fotones unidos por una rara interacción. Para lograr este «extraño abrazo» entre partículas, diseñaron una serie de complejos experimentos, en los que hicieron pasar un rayo láser muy débil por una nube de átomos de rubidio en estado de superenfriamiento (solo un poco por encima del cero absoluto, la temperatura mínima posible). No es precisamente algo que se pueda practicar en casa.

Lo que ocurrió cuando este láser atravesó la nube, es que los fotones se unieron en parejas o tripletes, como si algún tipo de atracción los hubiera atrapado. ¡Pero eso no es todo! Si los fotones «normales» circulan a casi 300.000 kilómetros por segundo, la velocidad de la luz, y no tienen masa, los fotones que salieron de la nube tenían «una crisis de identidad»: viajaban 100.000 veces más despacio que los fotones que no interaccionaron y tenían una masa similar a una fracción de la masa de un electrón.

Según ha dicho Vuletic en un comunicado, estos resultados demuestran que los fotones pueden atraerse o entrelazarse a otros, lo que, en un futuro teórico, podría llevar a crear ordenadores cuánticos increíbles hoy en día, y quién sabe qué más.

En los experimentos, los científicos hicieron una «radiografía» de los electrones que salieron de la nube de átomos de rubidio: midieron su frecuencia de oscilación, a partir de una propiedad conocida como fase, y el flujo de salida.

«La fase te dice cuán fuerte están interaccionando. Cuanto mayor, más fuertemente están unidos», dice Aditya Venkatramani, coautor del trabajo. Así, averiguaron que cada uno de los fotones de los tripletes de interaccionaban fuertemente con los otros.

¿Por qué forman tripletes?
¿Por qué ocurrió esto? Los investigadores han creado un modelo físico para explicarlo: en resumen, sugieren que los fotones se comportan con los átomos de rubidio como las abejas con las flores. Cada fotón «aterriza» brevemente en un átomo de rubidio y luego salta a otro.

Ahora bien, si varios fotones están viajando así en la nube de rubidio, y ocurre que «se posan» durante más tiempo en los átomos de rubidio, pueden formar un híbrido entre átomo y fotón: un llamado polaritón. Los polaritones son partículas capaces de interaccionar con otros polaritones a través del componente atómico. Y así, los fotones acaban interaccionando con fotones, de forma más indirecta.

¿Qué es lo más importante de esto? «Lo más interesante es que se llegasen a formar los tripletes», dice Vuletic. «Tampoco se sabía si la unión de los tripletes sería igual, menos o más fuerte que la de las parejas», pero ahora sí se sabe: es más fuerte.

Territorio inexplorado
Todo este proceso ocurre en una millonésima de segundo y, curiosamente, se extiende tiempo después de que los fotones dejen atrás la nube de átomos de rubidio superenfriados. «Es como si los fotones "recordaran"», dice Sergio Cantu, otro de los coautores.

Tanto es así que los fotones que interaccioan con otros, a través de esa atracción dependiente de los átomos, se comportan como si estuvieran correlacionados, o entrelazados: y resulta que esta propiedad es clave para construir ordenadores cuánticos.

Ahora, los científicos tratarán de seguir explorando estos extraños y desconcertantes fenómenos. Entre otras cosas, tratarán de averiguar si es posible hacer que los fotones se repelan. De momento, dicen no tener ni idea de lo que encontrarán: «Con la respulsión de átomos, ¿se puede hacer que formen patrones regulares, como un cristal de luz?», se pregunta Vuletic. «¿Pasará cualquier otra cosa? Todo esto es un territorio realmente inexplorado».

Fuente:MIT

jueves, 15 de febrero de 2018

Estudios avanzan en el uso de los procesadores cuánticos basados en “spin”

Prototipo procesador cuantico

Londres, 14 feb (EFE).- Dos estudios científicos han avanzando en el uso de los procesadores cuánticos basados en el “spin” (propiedad magnética que significa giro), gracias a la creación de dispositivos de dos cúbit (sistema cuántico de dos estados propios) y la unión de fotones y electrones.

La mayoría del progreso de las investigaciones se ha centrado en el desarrollo de componentes individuales que, algún día, ayuden a la creación de sistemas de computación cuánticos basados en “spin”.

Los investigadores del primer estudio, liderados por Thomas Watson de la Universidad de Delft en los Países Bajos, han producido un dispositivo de dos cúbit que puede ser programado para llevar a cabo dos algoritmos cuánticos.

El primero de ellos es el algoritmo Deutsch-Jozsa, un test de prueba diseñado para ser más fácil de resolver por un sistema cuántico que por uno tradicional.

El segundo corresponde al algoritmo de búsqueda de Grover, que puede ser utilizado para bucear en una base de datos.

Una de las ventajas de desarrollar ordenadores cuánticos basados en cúbits semiconductores de “spin” es que su vida útil es mucho mayor en comparación con los modelos superconductores.

No obstante, la débil interacción de los cúbits los hace difíciles de juntar, lo que es necesario para que un procesador cuántico funcione. Para ello, los investigadores descubrieron que se necesita una especia de conector, como, por ejemplo, un fotón.

En un segundo estudio, comandado por Jason Petta, de la Universidad de Princeton en Estados Unidos, se muestra que un fotón confinado en una cavidad de microondas puede ser juntado a un electrón de “spin” que se encuentre atrapado en un punto cuántico de silicio.

Esta estructura permite que el fotón pueda juntarse de manera segura con el otro componente, provocando que los procesadores cuánticos basados en “spin” estén un paso más cerca. EFE

Fuente: EFE

viernes, 5 de mayo de 2017

Científicos chinos dan salto cuántico en computación

El profesor Lu Chaoyang (c) revisa el estado operativo de la máquina de cómputo cuántico.

Un equipo de científicos chinos construyó la primera máquina de computación cuántica del mundo capaz de superar a los computadores clásicos, o convencionales, en lo que constituye un hito en esta área.

El logro fue anunciado hoy miércoles en una conferencia de prensa en el Instituto de Estudios Avanzados de Shanghai de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China. Para muchos expertos, la computación cuántica podría eclipsar en cierto modo el poder de procesamiento de los supercomputadores de hoy en día.

La manipulación de entrelazamiento de multipartículas es el núcleo de la tecnología de computación cuántica, y se ha convertido en el foco de la competición internacional en la investigación de la misma.

Recientemente, Pan Jianwei, uno de los físicos cuánticos más respetados del país y quien es miembro de la Academia de Ciencias de China, junto con sus colegas Lu Chaoyang y Zhu Xiaobo, de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China, y Wang Haohua, de la Universidad de Zhejiang, establecieron dos récords internacionales en el control cuántico de los números máximos de qubits fotónicos entrelazados y qubits superconductores entrelazados.

Pan dijo que, en principio, los computadores cuánticos pueden resolver ciertos problemas con más rápidez que los clásicos. A pesar de los sustanciales progresos de las dos décadas pasadas, la construcción de máquinas cuánticas que verdaderamente pueden batir a los equipos clásicos en algunas tareas específicas -- un importante hito, denominado "supremacía cuántica" -- sigue siendo un reto difícil de superar.

En la búsqueda de la supremacía cuántica, el muestreo de bosones, un modelo de computador cuántico intermedio (no universal) concentra gran parte de la atención, dado que requiere de menos recursos físicos que aquellos necesarios para construir computadores cuánticos ópticos universales, señaló Pan.

El año pasado, Pan y Lu desarrollaron la mejor fuente fotónica individual del mundo basada en puntos cuánticos semiconductores.

En la actualidad, los dos expertos están utilizando una fuente fotónica individual de alto rendimiento y un circuito fotónico electrónicamente programable para construir un prototipo multifotónico de computación cuántica que desempeñe la tarea del muestreo de bosones.

Los resultados de la prueba muestran que la proporción de muestreo de este prototipo es, por lo menos, 24.000 veces más rápida que la de máquinas similares construidas en otros países, según el equipo de Pan.

Al mismo tiempo, este prototipo es entre 10 y 100 veces más rápido que el primer computador electrónico, ENIAC, y el primer computador de transistores, TRADIC, en la ejecución del algoritmo clásico, según Pan.

La del equipo chino es la primera máquina de computación cuántica basada en fotones individuales que va más allá del computador clásico temprano, y finalmente hace expedito el camino hacia un computador cuántico capaz de derrotar a los clásicos. Este logro fue publicado en Internet en días pasados, en la última edición del sitio especializado Nature Photonics. 

Fuente:laestrella

El chip cuántico de Google superará al mayor superordenador antes de 2018


Un equipo de investigadores de Google, dirigidos por John Martinis, pretende desarrollar un chip cuántico que logre la “supremacía cuántica” en los próximos meses, según leemos en la MIT Technology Review.  Martinis –que, a la hora de poner fecha a su logro, quizás se haya tomado algo haciendo honor a su apellido-  asegura que el dispositivo deberá ser capaz de ejecutar un tipo cálculo que hoy es imposible para cualquier ordenador convencional.


Al margen de la hipótesis de las copas (es broma, Google), una de las razones para la confianza del equipo del gigante digital se basa en que ya ha desarrollado un nuevo chip cuántico para probar las características de diseño claves para elaborar un dispositivo capaz de asumir la prueba en la que competirá en una especie de carrera contra los superordenadores más grandes del mundo.

CHIP CUÁNTICO Y CUBITS

Los chips cuánticos representan los bits de datos en forma de cubits, que permiten realizar cálculos muy complejos gracias a propiedades físicas contrarias a la lógica que ofrece la mecánica cuántica. Gracias a ellas el cúbit es una unidad de información que no tiene el valor de 0 y 1, sino que puede tener los dos valores a la vez en ciertas circunstancias, gracias a la superposición cuántica.

Tal como explicamos ya en Nobbot, ese número de estados posibles va a permitir multiplicar de forma exponencial las capacidades de cálculo de estos equipos. Una potencia que el usuario de a pie, por el momento, no va a aprovechar, pues, para leer el correo, acceder a redes sociales o jugar a juegos, no hace falta un sistema cuántico. Pero en sectores de investigación o de seguridad sí supondrá un paso de gigante.

De momento, la computación cuántica sólo ha sido demostrada con pequeños grupos de cubits. Google ha publicado los resultados de un chip que tiene nueve cubits dispuestos en línea, pero Martinis afirma que necesitará una red de 49 para su experimento de supremacía cuántica. Sin embargo, al margen de la consecución de este reto, estos ordenadores necesitarán tener mucho más que 50 cúbits para ser capaces de ejecutar trabajos útiles.

UN ORDENADOR CON CINCO ÁTOMOS

En 2016, se dio el pistoletazo de salida en esta carrera por la creación de superordenadores cuánticos con la publicación en «Nature» se una investigación en la que se logró fabricar un pequeño ordenador cuántico, constituido por cinco átomos y, por ello, por cinco cubits. Su gran novedad fue que este ordenador era programable.

Se tratará por tanto de un logro más académico que otra cosa aunque, de conseguirse, abrirá un futuro muy esperanzador para la creación de estos ordenadores. Según señala el profesor de la Universidad de Maryland (EEUU) y cofundador de la start-up de computación cuántica IonQ, Chris Monroe, “después, aún será necesario averiguar cómo volverlo más escalable y programable”.

Fuente: nobbot

Físicos diseñan material en 2D que pudiera ser utilizado para la computación cuántica

Investigadores de la Universidad de California Irvine, conjuntamente con colegas de la Universidad de Berkeley, el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley de la Universidad de Princeton, la Universidad de Fudan y la Universidad de Maryland, exploraron la física que subyace detrás de los estados 2D de nóveles materiales y determinaron que sus hallazgos podrían impulsar a los ordenadores a nuevos niveles de velocidad y potencia.

La investigación se lleva a cabo a temperaturas extremadamente frías y a diferencia de las tecnologías tradicionales basadas en silicio, los portadores de señal no son electrones, sino  Dirac o fermiones de Majorana, un tipo de partículas sin masa que se mueven a casi la velocidad de la luz.

Jing Xia, profesor asociado de física y astrología de la UCI y partícipe del estudio, expresa: “Finalmente, podemos tomar esas exóticas teorías de alto nivel en física y hacer algo útil. Estamos explorando la posibilidad de concebir ordenadores cuánticos topológicos (actualmente teóricos), para los próximos 100 años.”

Uno de los principales retos de este tipo de investigación, es el manejo y análisis de muestras de materiales minúsculos, a sólo dos átomos de espesor, unas cuantas micras de longitud y pocas micras de diámetro. El laboratorio de Xia en la UCI, está equipado con un interferómetro de Sagnac, un microscopio de fibra óptica que él mismo construyó y se considera el microscopio magnético más sensible en el mundo.

Valiéndose de la potente herramienta, los investigadores pudieron observar detalladamente el magnetismo en un microscópico copo de teluro de cromo germánico (CGT); el compuesto, que crearon, fue visto a -387 grados Fahrenheit. CGT es un primo de grafeno, una película de carbono atómico súper delgada. Desde su descubrimiento, se ha considerado al grafeno como un reemplazo potencial para el tradicional silicio, debido a la velocidad a la que las señales electrónicas viajan a través de su superficie casi perfectamente plana, proyectándose su utilización en la confección de computadoras de próxima generación y otros dispositivos.


Pero eso no es todo; ciertos componentes del ordenador, como los sistemas de memoria y almacenamiento, deben estar hechos de materiales que cuenten con ambas propiedades: electrónicas y magnéticas. El grafeno tiene la primera, pero no la segunda. CGT tiene ambas cosas.

Los portadoras de señal en estos superconductores 2D son fermiones de Majorana, que podrían ser utilizados para una operación de trenzado, que los teóricos creen, es vital para la computación cuántica. La cuestión ahora es tratar de lograr esto a temperaturas normales.

En 2012, el laboratorio de Xia entregó a la Agencia Investigación Avanzada de la Defensa, un oscilador de radiofrecuencia en torno a hexaboruro samario. La sustancia es un aislante que en su interior permite que la corriente hecha de fermiones de Dirac, fluya libremente en su superficie 2-D.

Utilizando un aparato especial construido en el laboratorio Xia, los investigadores de UCI aplican deformación por tracción a la muestra samario hexaboruro y manifestaron que podrían estabilizar el estado de la superficie 2-D en menos de 27 grados Fahrenheit.

Xia expresa: “Este trabajo es un gran paso hacia el desarrollo de futuros ordenadores cuánticos a temperatura casi ambiente.”

Fuente:tekcrispy

Descubren un cristal líquido tridimensional con gran potencial para la computación cuántica

Este cristal líquido cuántico tridimensional permite que cambie la orientación y la dirección en la que fluye la corriente eléctrica, lo que resulta muy útil para que se den propiedades cuánticas, caracterizadas por su inestabilidad.


Aprovechar la materia a nivel subatómico para construir computadoras es la obsesión de muchos gigantes tecnológicos, porque estos equipos serán miles de veces más poderosos que los mayores superordenadores de la actualidad. De hecho ya hay fabricantes como IBM que están empezando a comercializarlos, aunque se espera que en unos años la computación cuántica sea mucho más compleja.

Entre otras razones, porque la ciencia no deja de realizar hallazgos que pueden mejorar sus posibilidades. El último de ellos es un cristal líquido cuántico tridimensional, en el que las moléculas y sus electrones no se orientan siguiendo una dirección de flujo, lo que permite cambiar las propiedades magnéticas de la corriente eléctrica.

Para entender mejor este descubrimiento, este grupo de investigadores lo compara en su informe con los cristales líquidos convencionales (presentes en smartphones, relojes o televisores) y con cristales líquidos cuánticos, que se conocen desde hace años.

En los primeros las moléculas fluyen libremente como si fueran un líquido, pero todas están orientadas en la misma dirección, como en un sólido. En los cristales líquidos cuánticos, los electrones de las moléculas se alinean siguiendo direcciones muy determinadas, lo que hace que el material tenga diferentes propiedades magnéticas.

El cristal líquido cuántico tridimensional se diferencia de estos en que las moléculas se organizan siguiendo tres direcciones, lo que hace que la orientación y la dirección en la que fluye la corriente eléctrica cambie completamente sus propiedades magnéticas.

En esta especie de cristal líquido cuántico 3-D los electrones cambian sus propiedades magnéticas dependiendo de si fluyen hacia adelante o hacia atrás sobre un eje dado. Por ejemplo, pueden convertir un mismo objeto en magnético y en no magnético al mismo tiempo, y modificar la intensidad del magnetismo y su orientación.

¿Y qué aplicaciones tiene esto para la computación cuántica? Pues que con este cristal se podrían dar las condiciones apropiadas para generar propiedades cuánticas sin el riesgo de que se destruyan, ya que los materiales usados hasta ahora no garantizaba su estabilidad.

De hecho existe una técnica llamada computación cuántica topológica que emplea un tipo especial de superconductores para que la corriente eléctrica fluya sin pérdidas, en los que podrían emplearse estos cristales líquidos cuánticos tridimensionales.

Fuente:ticbeat

Google también quiere ser rey en la computación cuántica llegando en 2017 a "la supremacía de los 49 qubits"

Donde Google pone el ojo, pone la bala, y la computación cuántica tampoco se queda fuera de sus planes. La empresa lleva años trabajando en este campo y ahora, ni cortos ni perezosos, en Google aseguran que alcanzarán la "supremacía cuántica" para este 2017.

¿Qué es esto de la "supremacía cuántica"? Una manera de expresar la seguridad que tienen en cuanto al nuevo chip que han fabricado, el cual permitirá según el gigante tecnológico llegar a un nivel de cálculo más allá de cualquier computadora actual. Aquí la batalla no está tanto en hardware con los núcleos del procesador o los GB de RAM, sino en los qubits, y desde Google dicen que el primer objetivo para esta supremacía son 49 qubits.

Esto es increíble

Se habla de que la computación cuántica es el futuro de los ordenadores al permitir cálculos y operaciones mucho más complejas en menos tiempo. Igual que las computadoras "clásicas" operan con bits, las cuánticas lo hacen con qubits, siendo una de las claves el que se puedan realizar varias operaciones simultáneas sobre un único qubit (gracias al entrelazamiento y la superposición de estados, como nos explicaron muy detalladamente en Genbeta).

¿Qué ocurre entonces con Google y sus metas en cuanto a la computación cuántica? El último chip que los de Mountain View han logrado fabricar es de seis qubits, siendo un reto en cuanto a fabricación dado que el diseño es clave para que haya un buen desempeño sin interferencias. Pero según recogen en el MIT, John Martinis (jefe del grupo de investigación de Google en esta materia) ha dicho que tras lograr esto están listos para evolucionar más deprisa y que ya están trabajando en diseños para dispositivos con entre 30 y 50 qubits.


Este experimento al parecer vería la luz a finales de este año y sería relativamente un pequeño avance dado que aún queda mucho por hacer (según Martinis). Pero de este modo vería desde el retrovisor a Intel, IBM y Microsoft, compañías que también están compitiendo en esta carrera cuya liebre aspira a ser la computación del futuro.

Una carrera con cuatro titanes y trabajo sub-atómico

Google ya hacía ruido con la cumputación cuántica en 2013 (usándolo para las Google Glass, cuando este área estaba aún en un estado muy temprano de desarrollo. El empeño del gigante tecnológico se iba viendo con las actualizaciones de su inicial D-Wave, si bien no parecía que en un principio la evolución fuese demasiado notable con el D-Wave 2.

En ese momento además ya se iban aclarando los campos de aplicación de esta computación cuántica primigenia, y ya se hablaba de su posible utilidad en inteligencia artificial, seguridad y criptografía. Poco a poco además veíamos avances en hardware más allá de los procesadores, como los avances hacia el disco duro cuántico a principios de 2015.

En los últimos años hemos visto aproximaciones a discos duros cuánticos y chips fotónicos entre otros

Ese año vimos el chip fotónico que desarrollaron la Universidad de Bristol y la compañía NTT, el cual abría las puertas de la computación cuántica a la multitarea, y otra declaración de intenciones de Google, quienes aseguraban que su ordenador cuántico era 100 millones de veces más rápido que uno convencional. Pero como decíamos esto no es un viaje en solitario, sino una carrera de titanes, e IBM también ha ido mostrando sus avances, de hecho ofrecieron que cualquier usuario pudiese comprobar el comportamiento de su procesador cuántico de cinco qubits.


Por su parte, en Microsoft anunciaron que iban a poner más esfuerzos para avanzar en esta particular carrera con un enfoque distinto al de IBM y Google: una computación cuántica escalable recurriendo a qubits topológicos (basada en aniones). Mientras, en Intel apostaban por los transistores de silicio también en esta computación.

En el futuro a corto plazo queda ver si Google finalmente muestra la patita con sus 50 qubits. En IBM calculaban que llegarían a los procesadores a 50 y 100 qubits en los próximos 10 años (según decían en 2016) y hace poco más de un mes vimos que en la Universidad de Michigan estaban trabajando con pulsos láser, aplicándolos a la computación cuántica para lograr a largo plazo ordenadores que trabajarían hasta 100.000 veces más rápido que los actuales.

Fuente:xataka