viernes, 28 de noviembre de 2014

Interruptor atómico para diseñar mejores placas solares y ordenadores cuánticos

Científicos de la Universidad de Granada (España) y del Massachusetts Institute of Technology (MIT) de Cambridge (Estados Unidos), en colaboración con la University of Technology and Design de Singapur, han abierto las puertas para la construcción del primer interruptor cuántico de corriente controlado por simetría.

La fabricación de este dispositivo, que permitiría controlar y modificar las corrientes de energía a nivel atómico, es todavía un gran reto para la comunidad científica internacional, y podría servir, por ejemplo, para construir materiales aislantes controlados, o diseñar placas solares (células fotovoltaicas artificiales) más eficaces, que optimicen el transporte de energía y, por tanto, su rendimiento, usando la simetría como herramienta básica.

Este equipo de investigadores, cuyo trabajo ha sido publicado en la prestigiosa revista Physical Review B, de la American Physical Society, trabaja actualmente en un diseño realista de un interruptor cuántico de estas características (controlado por simetría), basado en átomos fríos en cavidades ópticas coherentes, y usando microrresonadores acoplados a sendos baños para conectar el sistema con fuentes térmicas a diferentes temperaturas. El siguiente paso, explican, es que se pueda realizar experimentalmente un interruptor cuántico controlado por simetría usando como base este diseño.

En este trabajo, los científicos han descrito cómo la simetría, uno de los conceptos más profundos y poderosos de la física teórica, permite controlar y manipular el transporte de energía en sistemas cuánticos abiertos.

“Un sistema cuántico abierto no es más que un conjunto de átomos o moléculas en interacción, y sujetos a la acción de un entorno que los perturba constantemente. A día de hoy podemos manipular con precisión extrema estos sistemas, que constituyen los ladrillos con los que esperamos construir los futuros ordenadores cuánticos”, explica Pablo Ignacio Hurtado Fernández, profesor del departamento de Electromagnetismo y Física de la Materia de la Universidad de Granada y autor principal de este trabajo.
La ‘magia’ de los sistemas cuánticos hace que, en presencia de una simetría, un sistema cuántico abierto pueda estar simultáneamente en diferentes estados estacionarios. Este trabajo demuestra que esta coexistencia de diferentes estados cuánticos se debe a la existencia de una transición de fase dinámica de primer orden, similar a la transición de fase del agua líquida a vapor, donde ambas fases (líquido y vapor) coexisten al mismo tiempo.

“Es más, puesto que la dinámica cuántica es reversible temporalmente (funciona igual ‘cámara adelante’ o ‘cámara atrás’), demostramos que esta transición de fase viene acompañada por otra gemela, pero que aparece para fluctuaciones muy raras de la corriente de energía”, señala Hurtado. La coexistencia cuántica inducida por la simetría permite almacenar de manera robusta múltiples estados cuánticos coherentes, lo que abre muchas posibilidades en computación cuántica, tal y como subraya Daniel Manzano, investigador del MIT y coautor del trabajo.

Para realizar las simulaciones de este trabajo, los investigadores han empleado el superordenador PROTEUS, perteneciente al Instituto Carlos I de Física Teórica y Computacional de la Universidad de Granada. PROTEUS es uno de los superordenadores de cálculo científico más potente de España, con una capacidad de cálculo de más de 13 TeraFlops que alcanza gracias a sus 1100 núcleos de procesamiento, 2,8 Terabytes de RAM y 48 TeraBytes de almacenamiento de datos.
 (Fuente: http://noticiasdelaciencia.com/not/12017/interruptor-atomico-para-disenar-mejores-placas-solares-y-ordenadores-cuanticos/)

sábado, 22 de noviembre de 2014

La computación cuántica, un paso más cerca de ser real


Un algoritmo cuántico muestra ser más rápido que su equivalente digital


Los ordenadores cuánticos llevan décadas siendo un atractivo y huidizo concepto teórico revolucionario que nadie conseguía aterrizar en la realidad. Un equipo científico de la Universidad de KwaZulu-Natal en Sudáfrica ha publicado un estudio en el que afirman que han implementado un algoritmo que resuelve el llamado Problema de Simon en un ordenador cuántico experimental. Este problema lo formuló Daniel Simon en 1994 cuando estaba en la Universidad de Montreal buscando la utilidad teórica de los ordenadores cuánticos. Según indica New Scientist, Simon era un escéptico sobre las posibilidades de la informática cuántica y, durante sus investigaciones para demostrar su poca utilidad dio con un problema que precisamente hacía lo contrario, mostraba que la solución cuántica era claramente más rápida que la tradicional. Aquí tienes su estudio original.

El problema que formuló parte de un dispositivo teórico al que llamó caja negra, al que se alimenta con una secuencia de unos y ceros a lo que responde emitiendo otra secuencia de unos y ceros de la misma longitud. Para una cantidad de unos y ceros dada, la cantidad de posibles secuencias de salida es finita (exactamente 2^longitud), pero no es posible saber cómo las genera la caja negra. El planteamiento del problema de Simon es ¿cada salida de la caja negra está generada por una única secuencia de entrada o hay más de una secuencia de entrada que da como resultado la misma salida? Este divertimento teórico no tiene utilidad real, pero sí es la base de desarrollos posteriores como el algoritmo de Shor y sirvió para despertar interés por las posibilidades de la computación cuántica. El algoritmo de Shor permitirá calcular los factores de enormes números primos, lo que trastocaría todas las bases de la criptografía moderna, aunque todavía, que se sepa, no ha podido llevarse a cabo.

El experimento, llevado a cabo por el equipo de la Universidad de KwaZulu-Natal liderado por Mark Tame, utilizaba un ordenador cuántico que empleaba seis fotones como qubits (QUantum BITS o bits cuánticos) para resolver la versión más sencilla posible del problema de Simon. Este peculiar experimento requería ejecutar el algoritmo numerosas veces para determinar, de forma probabilística, la respuesta final.

Un ordenador digital actual necesita de media casi tres ciclos de ejecución para obtener la respuesta mientras que uno cuántico como el empleado sólo requiere dos ciclos. Obviamente un ordenador digital con múltiples núcleos de gran velocidad es más rápido que este experimento cuántico, pero lo que muestra este ejemplo es que, a igualdad de velocidad de proceso, los cálculos cuánticos pueden ser más rápidos que los digitales.

Eso sí, no pienses que quedan un par de años para poder elegir entre un ordenador digital y uno cuántico en las tiendas. Esto es un primerísimo paso de una larga caminata que puede, o no, terminar en productos comerciales. Pero lo importante es que la computación cuántica ya ha saltado de la pizarra teórica a la realidad.

Fuente:http://www.teknlife.com/noticia/la-computacion-cuantica-un-paso-mas-cerca-de-ser-real/

Interruptor atómico para diseñar mejores placas solares y ordenadores cuánticos

Un modelo teórico abre las puertas a la construcción del primer interruptor cuántico de corriente controlado por simetría

UGR/DICYT Científicos de la Universidad de Granada y del Massachusetts Institute of Technology (MIT) de Cambridge (Estados Unidos), en colaboración con la University of Technology and Design de Singapur, han abierto las puertas para la construcción del primer interruptor cuántico de corriente controlado por simetría.
La fabricación de este dispositivo, que permitiría controlar y modificar las corrientes de energía a nivel atómico, es todavía un gran reto para la comunidad científica internacional, y podría servir, por ejemplo, para construir materiales aislantes controlados, o diseñar placas solares (células fotovoltaicas artificiales) más eficaces, que optimicen el transporte de energía y, por tanto, su rendimiento, usando la simetría como herramienta básica.
Este equipo de investigadores, cuyo trabajo ha sido publicado en la prestigiosa revista Physical Review B, de la American Physical Society, trabaja actualmente en un diseño realista de un interruptor cuántico de estas características (controlado por simetría), basado en átomos fríos en cavidades ópticas coherentes, y usando microresonadores acoplados a sendos baños para conectar el sistema con fuentes térmicas a diferentes temperaturas. El siguiente paso, explican, es que se pueda realizar experimentalmente un interruptor cuántico controlado por simetría usando como base este diseño.
En este trabajo, los científicos han descrito cómo la simetría, uno de los conceptos más profundos y poderosos de la física teórica, permite controlar y manipular el transporte de energía en sistemas cuánticos abiertos.


Ordenadores cuánticos

“Un sistema cuántico abierto no es más que un conjunto de átomos o moléculas en interacción, y sujetos a la acción de un entorno que los perturba constantemente. A día de hoy podemos manipular con precisión extrema estos sistemas, que constituyen los ladrillos con los que esperamos construir los futuros ordenadores cuánticos”, explica Pablo Ignacio Hurtado Fernández, profesor del departamento de Electromagnetismo y Física de la Materia de la Universidad de Granada y autor principal de este trabajo.
La ‘magia’ de los sistemas cuánticos hace que, en presencia de una simetría, un sistema cuántico abierto pueda estar simultáneamente en diferentes estados estacionarios. Este trabajo demuestra que esta coexistencia de diferentes estados cuánticos se debe a la existencia de una transición de fase dinámica de primer orden, similar a la transición de fase del agua líquida a vapor, donde ambas fases (líquido y vapor) coexisten al mismo tiempo.
“Es más, puesto que la dinámica cuántica es reversible temporalmente (funciona igual ‘cámara adelante’ o ‘cámara atrás’), demostramos que esta transición de fase viene acompañada por otra gemela, pero que aparece para fluctuaciones muy raras de la corriente de energía”, señala Hurtado. La coexistencia cuántica inducida por la simetría permite almacenar de manera robusta múltiples estados cuánticos coherentes, lo que abre muchas posibilidades en computación cuántica, tal y como subraya Daniel Manzano, investigador del MIT y coautor del trabajo.
Para realizar las simulaciones de este trabajo, los investigadores han empleado el superordenador PROTEUS, perteneciente al Instituto Carlos I de Física Teórica y Computacional de la Universidad de Granada. PROTEUS es uno de los superordenadores de cálculo científico más potente de España, con una capacidad de cálculo de más de 13 TeraFlops que alcanza gracias a sus 1100 núcleos de procesamiento, 2,8 Terabytes de RAM y 48 TeraBytes de almacenamiento de datos.

Referencia bibliográfica 
D. Manzano and P.I. Hurtado
Symmetry and the thermodynamics of currents in open quantum systems
Physical Review B 90, 125138 (2014)
DOI:10.1103/PhysRevB.90.125138

martes, 4 de noviembre de 2014

China construirá la mayor red de comunicación cuántica del mundo

Estas redes se basan en la tecnología de comunicación cuántica, las cuales no se pueden hackear


China lanzará en 2016 la mayor red de telecomunicación cuántica del mundo, informaron hoy varios medios.

La red unirá los 2 mil kilómetros que separan Pekín de Shanghai, aseguraron científicos citados por el diario "South China Morning Post".

"La ciencia china de la información y tecnología cuántica se está desarrollando muy rápidamente y China lidera varias áreas de este campo", afirmó el profesor Pan Jianwei de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China, citado por la agencia estatal Xinhua.

Estas redes se basan en la tecnología de comunicación cuántica, que es prácticamente imposible hackear, y hasta ahora no han sido desplegadas en un área tan amplia como esta.

Cualquier intento de acceder a la encriptación es detectado inmediatamente por el sistema, aunque la sensibilidad de las conexiones cuánticas dificulta que se mantengan estables en largas distancias.

China quiere construir una red de comunicación cuántica que una Asia y Europa para 2020, y una global para 2030, explicó uno de los científicos que dirige el proyecto nacional de comunicación cuántica en una conferencia celebrada en la ciudad china de Hebei.

El gigante asiático también planea lanzar en 2016 un satélite de comunicación cuántica, según había informado previamente el diario "South China Morning Post" . Las actuales redes cuánticas utilizan cables de fibra óptica.

Este tipo de redes son apropiadas para realizar comunicaciones sensibles en materia financiera, diplomática y militar.

Según el diario chino, los gobiernos de Europa, Japón y Canadá están trabajando en sus propios satélites de comunicación cuántica, mientras que en Estados Unidos una compañía privada está buscando financiación federal para poner en marcha una red que una varias ciudades grandes.

http://www.eluniversal.com.mx/computacion-tecno/2014/china-construira-red-comunicacion-cuantica-96946.html