Nanoesferas enfriadas con luz para explorar la existencia de fenómenos cuánticos en objetos grandes

Unos científicos han desarrollado una nueva tecnología que algún día podría crear fenómenos cuánticos en objetos mucho más grandes que lo conseguido hasta la fecha.

El equipo de James Millen, Peter Barker y Tania Monteiro, del University College de Londres en el Reino Unido, suspendió con éxito en el vacío partículas de vidrio de 400 nanómetros de diámetro utilizando un campo eléctrico, y después usó láseres para enfriarlas hasta unos pocos grados por encima del Cero Absoluto, el cual es la temperatura más fría que las leyes de la física permiten. Estos son los requisitos previos esenciales para hacer que un objeto se comporte según los principios cuánticos.

Los fenómenos cuánticos son extraños y parecen contravenir la lógica. Incluyen la superposición, donde la posición o energía de una partícula existe en dos o más estados al mismo tiempo, y el entrelazamiento, donde dos partículas comparten el mismo estado (y cambian conjuntamente) a pesar de no tocarse entre sí. Pero los fenómenos cuánticos solo son observables en los objetos más pequeños, tales como átomos o moléculas, y normalmente duran muy poco, apenas una fracción de segundo. Además, el propio acto de observarlos, o la interacción entre ellos y su entorno, bastan para destruir su estado cuántico.

Los objetos diminutos como los átomos se comportan según las leyes de la física cuántica. Los objetos grandes, como los que vemos a nuestro alrededor, no lo hacen. Pero no hay una línea divisoria obvia a partir de la cual el comportamiento cuántico deba acabar, tal como sostiene Millen. Los objetos más grandes de los que se ha logrado que se comporten de una manera cuántica son moléculas de unos 800 átomos. Millen y sus colegas están intentando hacer lo mismo con partículas de vidrio hechas de hasta miles de millones de átomos, de un tamaño semejante al de los virus. Esto es pequeño a escala humana, pero es enorme desde el punto de vista de los fenómenos cuánticos. Incluso son lo bastante grandes como para ver sus destellos a ojo desnudo si las iluminamos.

Foto de una nanopartícula de vidrio suspendida entre dos espejos. La instalación usada en los experimentos de la nueva investigación es muy similar, pero utiliza luz infrarroja (invisible para la vista humana) en vez de la luz verde visible aquí. (Foto: James Millen, UCL Physics & Astronomy)

Inducir estados cuánticos a objetos precisa de una refrigeración potente, para acercar la temperatura al Cero Absoluto, cuando los átomos dejan de vibrar. Las tecnologías que se usan ampliamente, como el enfriamiento por láser, y que funcionan para átomos, no lo hacen para tales objetos grandes, y hay que recurrir a otras estrategias complementarias. Los autores del nuevo estudio se han valido de la luz láser para enfriar la partícula en combinación con un campo eléctrico que hace que ésta levite.

El equipo de investigación aún está a unos pocos grados de alcanzar la temperatura requerida para crear un comportamiento cuántico en las nanoesferas de vidrio, pero con espejos mejorados esto debería ser relativamente sencillo de lograr. Y una vez las nanoesferas estén lo bastante frías, el equipo cree que deberían comportarse según los principios cuánticos.

Cuando la tecnología se ponga en práctica con éxito y demuestre su validez, podría dar lugar a sensores de movimiento con una precisión enorme que serían capaces de detectar hasta el más ligero temblor, utilizables para diversas aplicaciones y también como componentes clave en redes de ordenadores cuánticos

GOOGLE DESARROLLA SU PROPIO ORDENADOR CUÁNTICO

Llevamos ya muchos años hablando de que los procesadores cuánticos son el futuro y que en no mucho tiempo los ordenadores serán todos de este tipo abandonando los procesadores y ordenadores tradicionales en favor de los primeros. Todavía estamos en una fase temprana de su desarrollo y nosotros auguramos que pasarán décadas antes de que todos llevemos un ordenador cuántico en el bolsillo como ahora llevamos uno tradicional en nuestro smartphone. Lo que sí es verdad es que muchas empresas están invirtiendo bastante dinero en esta investigación. Como bien sabemos, Google es una de las empresas que más se mueve en todo lo que sea investigar para el futuro con un horizonte más o menos cercano y ahora nos enteramos que Google está desarrollando su propio ordenador cuántico.

La noticia salta porque Google acaba de adquirir, en colaboración con la NASA, la D-Wave 2, una computadora super-cuántica de D-Wave Systems. Si uno se pregunta cual es la intención de Google con esta adquisición la respuesta es obvia. La idea de Google es investigar con esta máquina hasta poder construir el primer ordenador cuántico comercial. Según Google,  a partir de ahora, comenzará a desarrollar sus propios chips para ordenadores cuánticos. El desarrollo se llevará a cabo en sus propios laboratorios Quantum de Inteligencia Artificial. Este laboratorio fue puesto en marcha por la empresa del buscador en 2013 con la colaboración de Centro de Investigación de la NASA y de la Asociación de Universidades de Investigación del Espacio.

Para desarrollar estos chips Google también contará con la ayuda de John Martinis y su equipo de investigación. Un equipo que es un pionero en este campo, e incluso ha sido galardonado con el Premio de Londres a principios de este año por su trabajo en el procesamiento de la información y la computación cuántica. Pero ¿Qué es un ordenador cuántico?

¿Qué es un ordenador cuántico?

Un ordenador cuántico es un conjunto de dispositivos que para procesar la información utiliza los efectos de la mecánica cuántica a diferencia de los ordenadores tradicionales. Una de las principales diferencias es que los ordenadores tradicionales utilizan dígitos binarios para la codificación de datos, conocidos por todos como bits, mientras que en la computación cuántica se usan los bits cuánticos (qubits).

Este concepto fue introducido en 1980 por Yuri Manin y Richard Feynman, donde por primera vez comenzó a hablar en el uso de secuencias de qubits, donde un qubit puede representar un 0 o un 1 al mismo tiempo. Y este es el principio de la computación cuántica, un principio que es seguro que marcará el futuro de la informática. La verdad es que la computación cuántica se encuentra todavía en sus primeras etapas de desarrollo, sin embargo, mucho es el trabajo que se ha hecho cada vez más en que esta tecnología se desarrolla, ya que con los ordenadores cuánticos se pueden resolver los problemas de manera mucho más rápida que con las computadoras tradicionales. Estén atentos, porque aquí está el futuro de la informática.

Fuente:http://planetared.com/

Google se acerca a la computación cuántica corrigiendo sus errores

Ha demostrado un paso de corrección de fallos imprescindible para que la computación cuántica sea práctica

Foto: Investigadores de Google y la Universidad de California en Santa Bárbara , han utilizado este chip para demostrar un método crucial necesario para que los ordenadores cuánticos sean fiables.

La solución a uno de los principales problemas que frenan el desarrollo de los ordenadores cuánticos ha sido demostrada por investigadores de Google y la Universidad de California en Santa Bárbara (UCSB, EEUU). Aún hay que resolver muchos más problemas, pero los expertos en el campo afirman que es un paso importante hacia un ordenador cuántico completamente funcional. Una máquina de este tipo podría realizar cálculos que un ordenador convencional tardaría millones de años en completar.

Los investigadores de Google y la UCSB demostraron que podían programar grupos de qubits (dispositivos que representan la información usando la frágil física cuántica) para que detectaran ciertos tipos de error, y para evitar que esos errores arruinasen un cálculo. El nuevo avance proviene de investigadores dirigidos por el profesor de la UCSB, John Martinis, que se unió a Google el año pasado para establecer un laboratorio de investigación de computación cuántica (ver Google quiere construir su propio ordenador cuántico). Martinis ocupa actualmente una posición conjunta entre la UCSB y Google, dirigiendo trabajos sobre chips de aluminio superconductores que funcionan a una fracción de grado por encima del cero absoluto. La mayoría del trabajo en el que se basan los nuevos resultados, informó ayer miércoles en la revista Nature, se llevó a cabo antes de que Martinis se uniera a Google.

Google lleva explorando la computación cuántica desde 2009, cuando comenzó a colaborar con D-Wave Systems, una start-up que vende lo que denomina como "el primer ordenador cuántico comercial" (ver La CIA y Jeff Bezos apuestan por la computación cuántica). Microsoft también tiene un programa importante de investigación de computación cuántica (ver El viaje lento y rápido de la computación cuántica).

Para crear un ordenador cuántico hay que cablear y unir muchos qubits para que trabajen juntos en la información. Sin embargo, los dispositivos son propensos a cometer errores ya que representan bits de datos (0 y 1) usando los delicados efectos de la mecánica cuántica, que sólo son detectables a temperaturas súper frías y a escalas diminutas. Esto permite a los qubits lograr "estados de superposición" que son efectivamente tanto un 1 como un 0 al mismo tiempo, permitiendo a los ordenadores cuánticos tomar atajos en cálculos complejos. También los hace vulnerables al calor y otras perturbaciones que distorsionan o destruyen los estados cuánticos utilizados para codificar la información y hacer los cálculos.

Gran parte de la investigación sobre computación cuántica se centra en intentar hacer que los sistemas de qubits detecten y corrijan errores. El grupo de Martinis ha hecho una demostración de una pieza de uno de los esquemas más prometedores para lograrlo, un enfoque conocido como códigos de superficie. Los investigadores programaron un chip con nueve qubits para que se supervisaran unos a otros frente a errores conocidos como "bit flips" ("volteos de bits"), que se producen cuando el ruido ambiental hace que un 1 se voltee y pase a ser un 0, o viceversa. Los qubits no pudieron corregir estos volteos de bits, pero lograron tomar medidas para garantizar que no contaminasen los pasos posteriores de una operación.

"Hay que llevar a cabo más trabajos antes de poder decir que contamos con todos los elementos necesarios para crear computación cuántica tolerante a fallos, pero sí creo que este trabajo demuestra que estamos cerca", señala un encargado de trabajar en la corrección de errores cuánticos en el Instituto Perimeter de Waterloo (Ontario, Canadá), Daniel Gottesman.

Los elementos que siguen haciendo falta no son triviales. Los volteos de bits a los que se enfrentaron Martinis y sus colegas también pueden gestionarse mediante algoritmos clásicos en un ordenador convencional. Un tipo de error más complicado, mediante el que una propiedad cuántica de un qubit, conocida como "fase", se ve alterada por el ruido ambiental, sólo puede solucionarse usando algoritmos más complejos que saquen provecho de los efectos cuánticos. El ingeniero en electrónica cuántica de Google Austin Fowler señala que el grupo está trabajando en eso, y en demostrar la comprobación de errores en más de nueve qubits.

Aún así, los recientes resultados de Martinis y otros hacen que Gottesman sea optimista y crea que es posible llegar a contar con un conjunto completo de técnicas de corrección de errores. "Creo que hay buenas probabilidades de que alguien haga una demostración, posiblemente el grupo de Martinis, en los próximos años", asegura.

fuente:http://www.technologyreview.es/informatica/47084/

EQUIPO DE CIENTÍFICOS DE ALEMANIA Y LA UDEG REALIZAN MONITOREO (TOMOGRAFÍA) DE LA LUZ CUÁNTICA

La miniaturización de los equipos de alta tecnología se hace cada vez más notoria en todas partes, incluso en la vida cotidiana. Por ejemplo, la célula elemental de uno de los chips en una laptop es de un tamaño de 20 a 30 nanómetros (mil veces más delgado que un cabello), y es todavía un objeto macroscópico. Sin embargo, la disminución potencial hasta 5 nanómetros, cuando el número de átomos en una célula sería alrededor de cien, se vuelve inevitable utilizar conceptos de la física cuántica, pues ya sería un objeto microscópico.

 

Resulta, que muchas de las leyes de la física cuántica van totalmente en contra de nuestra intuición (imagínese que la dirección de una pelota de ping-pong dependiera del número de personas que ¡la estuvieran observando! o que un objeto pudiera estar en dos lugares distintos del universo ¡simultáneamente! —o más estrictamente, detectar un solo objeto en dos lugares distintos—). A pesar de su extrañeza, el conocimiento de estas leyes permite realizar cosas inimaginables bajo la perspectiva de nuestra experiencia diaria. Por ejemplo, se puede transmitir información equivalente a una secuencia infinita digital (que consiste de 0 y 1) en un solo pulso; o es posible siempre detectar a un espía que lea correspondencia privada. Las aplicaciones de estas leyes han llevado a la tecnología cuántica, una tecnología que permite manejar objetos cuánticos a voluntad. Las aplicaciones más notorias ya se ven tanto en sistemas de información (existen la criptografía cuántica y los relojes atómicos ultraprecisos) como en el desarrollo de detectores supersensibles, y muy pequeños, que miden campos magnéticos incluso dentro de células humanas.

Resulta que los portadores naturales de la información que se transmite entre objetos microscópicos son los cuantos de la luz: los fotones. Para guardar la información en la luz se utiliza una propiedad física importante: la polarización. La polarización de la luz describe las oscilaciones de campos eléctricos y magnéticos de la onda en el plano perpendicular a su propagación. En el mundo “clásico” esta propiedad se utiliza en los lentes de sol, en los vidrios de los coches o para crear efectos 3D en cine. A nivel cuántico, los fotones también pueden tener cierta polarización, aunque no es obvio cómo caracterizarla ni, sobre todo, como medirla. Este  problema es genérico para el mundo cuántico: ¡es imposible dar una descripción completa de un sistema cuántico! Para poder decir algo hay que realizar mediciones sobre muchísimas copias de un mismo objeto. A este procedimiento se le llama tomografía cuántica. 

El proceso de monitoreo, o tomografía cuántica es absolutamente necesario, si uno quiere mantener el control sobre fotones. De verdad es vital observar el comportamiento de los dispositivos a la hora de transmitir información; y es necesario emplear diversos algoritmos para almacenar y procesar la información transferida por la luz.

Curiosamente, aun los haces de luz más o menos intensos, que contienen 1011 fotones en un pulso, pueden mostrar comportamiento cuántico. Este hecho es muy notorio debido a que estas intensidades pueden propagarse por una guía de onda óptica sin mayor problema.

Lo que se logró hacer en los laboratorios del Instituto de la Luz de Max Plank (Alemania), donde colaboró el Dr. Klimov, fue realizar tomografía de un haz intenso de fotones en un estado muy peculiar, un estado comprimido en polarización (que es un estado donde el ruido cuántico de la polarización está distribuido no uniforme espacialmente; tales estados de la luz permiten transferir y detectar señales ultradébiles), y además se propuso una forma novedosa de caracterizar estados de polarización cuántica.

El problema de detección de efectos cuánticos y, especialmente, su preservación en el tiempo en sistemas macroscópicos, que contienen gran número de partículas, es de suma importancia científica debido a que pueden ser manipulados de forma mucho más sencilla que los sistemas microscópicos. Al estudio de estos problemas se dedica el grupo de Óptica e Información cuántica de la Universidad de Guadalajara en colaboración con grupos de otros países.

Fuente: UdeG

Televisores de puntos cuánticos, la tecnología que cambiará el mercado

Un nuevo tipo de televisor se prepara para irrumpir en el mercado. Después del furor por los TV Led, los fabricantes de televisores apuntan a una nueva tecnología: los puntos cuánticos.

Los puntos cuánticos forman una película microscópica de cristales emisores de luz que se inserta en las pantallas de cristal líquido y, según los fabricantes, mejora notablemente la reproducción de los colores, el contraste y el brillo de la imagen.

Se trata de un tipo de televisor en donde se utiliza un sistema de iluminación a través de LED que se encuentran detrás de una pantalla. A diferencia de estos equipos, los TV con puntos cuánticos refuerzan los colores ya que la luz que emiten los LED es azul, no blanca como lo hace en los otros equipos.

Las tonalidades azules se crean a partir de la luz pero las luces verdes y rojas son creadas por los puntos cuánticos. Estos puntos crean los colores cuando son alumbrados por la luz del LED. Así, se puede utilizar el sistema RGB (rojo, verde y azul, en inglés) para formar otros tonos utilizando estos tres colores.

La mayoría de estos televisores apuntan a tener una resolución 4K, ya que el mercado se encuentra reforzando ese negocio.

De hecho, la mitad de las televisiones de 4K que se vendieron en Estados Unidos en 2014 eran curvas. La Asociación de Electrónicos de Consumo de Estados Unidos (CEA) calcula que en 2015 se venderán cuatro millones de televisores de 4K, lo que supondría un aumento del 208 por ciento con respecto a las cifras del año pasado
fuente:http://puntobiz.com.ar/noticias/val/96384/val_s/43/a_televisores-de-puntos-cuanticos-la-tecnologia-que-cambiara-el-mercado.html

Discos duros cuánticos, mejoran gracias al europio Eu

 A estas alturas seguro que sabrás como empresas de la talla de Google o Microsoft todos los años destinan una serie de recursos para trabajar con ordenadores cuánticos, tienen prototipos y equipos de investigadores desarrollando algoritmos y programas para que su uso comience a ser una realidad. Uno de los principales problemas es precisamente el almacenar información en medios como los discos duros cuánticos.

Entre los problemas que hasta ahora presentaba el almacenar información en este tipo de medios nos encontramos, por ejemplo, con que hasta la fecha tan sólo se conseguía almacenar un dato durante unos pocos milisegundos, algo que podría cambiar gracias al descubrimiento que han realizado un grupo de científicos en Australia que han conseguido multiplicar por 100 el tiempo en el que los datos guardados en un disco duro cuánticos son accesibles.


Entrando un poco más en detalle, al parecer la Australian National University de Dunedin, sede donde trabaja el equipo de ingenieros responsable de este descubrimiento, podría haber conseguido que los datos guardados pudieran estar accesibles durante 6 horas. Según el artículo escrito por el equipo de investigadores este avance se habría conseguido tras introducir un átomo de europio (El europio es uno de los elementos químicos que forman compuestos fluorescentes usados en dispositivos como televisiones en color, lámparas fluorescentes y cristales. Todos sus compuestos químicos raros tienen propiedades comparables.

El europio es peligroso en el ambiente de trabajo, debido al hecho de que los vapores y los gases pueden ser inhalados con el aire. Esto puede causar embolias pulmonares, especialmente por exposiciones a largo plazo. El europio puede ser una amenaza para el hígado cuando se acumula en el cuerpo humano.), en la matriz del disco duro cuántico permitiendo que la información pueda ser almacenada en el estado del espín o momento angular intrínseco de los átomos usando lásers.

Fuente:http://www.robotikka.com/un-nuevo-paso-hacia-los-discos-duros-cuanticos/

Diamante, un candidato destacado para los ordenadores cuánticos

Investigadores fueron capaces de amplificar la señal de luz emitida por impurezas de la red cristalina del diamante

Imagina emisores de tamaño muy pequeño, dispersos en una habitación a oscuras. Si reciben un impacto preciso mediante un haz de luz, dichos emisores devuelven una señal que contiene información útil. Si las posibilidades de que el haz de luz incida en los transmisores de forma adecuada es baja, para aumentarlas, nada mejor que conocer la posición exacta de los transmisores esparcidos por la habitación. Este es el reto que se han planteado investigadores de la universidad de Harvard, de la Universidad de California en Santa Bárbara y de la Universidad de Chicago. En su trabajo, publicado en Applied Physics Letters, los transmisores se sustituyen por centros NV y los haces de luz por cavidades fotónicas.

El término centro NV (vacante de nitrógeno) es una impureza en la red cristalina del diamante que consiste en un átomo de nitrógeno y un hueco de un átomo que sustituye a dos átomos de carbono adyacentes. Este tipo de fallo es de especial interés para los investigadores que trabajan en el diseño del ordenador cuántico. Los centros NV podrían, de hecho, ser capaces de registrar y transmitir información en forma de luz, gracias al espín de su electrón desapareado cuyo tiempo de coherencia puede alcanzar el segundo. ¿Cómo lograrlo?, cuando se ilumina mediante láser un centro NV, emite luz cuya intensidad tiene una frecuencia específica, característica del estado del espín del electrón no apareado.

Desafortunadamente, a temperatura ambiente, la luz emitida desde el centro NV se mezcla con emisiones parásitas. La señal útil es relativamente pequeña, y es difícil de identificar y extraer, tiene que ser amplificada para ser utilizable. Para ello, los científicos usan una cavidad fotónica, que es una estructura que tiene un patrón periódico de agujeros a nanoescala que mejora la emisión de luz de los centros NV en su frecuencia principal. De esta manera, una vez amplificada, la señal del centro NV podría ostentar el papel de qubit, que es la unidad básica de información cuántica.

Localización de impurezas en la red cristalina

La eficacia de las cavidades fotónicas depende de la correspondencia entre la ubicación de los defectos en la estructura cristalina y el pico de resonancia de la cavidad. Para superar el problema de la localización de los centros NV los investigadores han puesto en práctica una técnica llamada dopaje delta. Han logrado reducir la incertidumbre sobre la ubicación de centros NV en una capa de 200 nanómetros de diamante con un espesor de tan sólo 6 nanómetros.

Basándose en sus resultados, los investigadores han desarrollado una cavidad fotónica específica que permite amplificar la intensidad de la luz emitida por los centros NV en un factor de 30. Y esperan mejorar sus resultados mediante la localización de defectos en el plano horizontal, en otras palabras, la especificación de la estructura 3D del cristal de diamante impuro.

Además del ordenador cuántico, los centros NV también podrían utilizarse para producir sensores magnéticos y de temperatura a nivel molecular. Darían acceso a medidas de características de células individuales.

Fuente:http://es.blastingnews.com/tecnologia/2015/01/diamante-un-candidato-destacado-para-los-ordenadores-cuanticos-00220219.html