Computadores cuánticos

Alberto Martínez Gálvez
23 de mayo de 2009

Los ordenadores cuánticos realizarán en minutos simulaciones que hoy tardarían millones de años
Juan Ignacio Cirac Sasturaín, director del alemán Max Planck de Óptica Cuántica y Premio Príncipe de Asturias de Investigación Científica y Técnica promete revolucionar en medio siglo todas las disciplinas científicas al desarrollar superordenadores con aplicaciones difíciles de imaginar en la actualidad.
Según el científico, los ordenadores de hoy en día cubren casi todas las necesidades personales del usuario, (jugar, usar el correo o algunas gestiones), sin embargo hay ordenadores que hacen cálculos impresionantes así como simulaciones para predecir el tiempo o conocer las reacciones químicas que puede provocar un fármaco.
Es por eso que se necesitan ordenadores muchos más veloces que los actuales, para resolver grandes problemas en menos tiempo.
A medida que evoluciona la tecnología, aumenta la escala de integración y caben más transistores en un espacio, así se fabrican microchips cada vez más pequeños, y es que, cuanto más pequeño es, mayor velocidad de proceso alcanza el chip. Sin embargo, no podemos hacer los chips infinitamente pequeños. Hay un límite en el cual dejan de funcionar correctamente. Cuando se llega a la escala de nanómetros, los electrones se escapan de los canales por donde deben circular. Esto se debe al bien conocido efecto túnel.La idea de computación cuántica sugiere trabajar a nivel de cuanto. En la computación digital, un bit sólo puede tomar dos valores: 0 ó 1. En cambio, en la computación cuántica, intervienen las leyes de la mecánica cuántica, y la partícula puede estar en superposición coherente: puede ser 0, 1 y puede ser 0 y 1 a la vez. Eso permite que se puedan realizar varias operaciones a la vez, según el número de qubits (equivalente a los bits en la informática que conocemos).El número de qubits indica la cantidad de bits que pueden estar en superposición. Con los bits convencionales, si teníamos un registro de tres bits, había ocho valores posibles y el registro sólo podía tomar uno de esos valores. En cambio, si tenemos un vector de tres qubits, la partícula puede tomar ocho valores distintos a la vez gracias a la superposición cuántica. Así un vector de tres qubits permitiría un total de ocho operaciones paralelas. Como cabe esperar, el número de operaciones es exponencial con respecto al número de qubits. Para hacerse una idea del gran avance, un computador cuántico de 30 qubits equivaldría a un procesador convencional de 10 teraflops (millones de millones de operaciones en punto flotante por segundo) cuando actualmente las computadoras trabajan en el orden de gigaflops (miles de millones de operaciones).

Alberto Martínez Gálvez

¿Cómo ha ido el foro muchachos?

Ayer viví una jornada inolvidable con los alumnos de Física que asistieron al European Nuclear Young Generation Forum. A primera hora estuvimos en el Cabril, visitando las instalaciones y donde nos explicaron todo el proceso de tratamiento de residuos radiactivos. Cuando reciben los residuos los aislan en bidones de hormigón. Posteriormente se introducen en cajas gigantes de hormigón, que se depositan en celdas, que finalmente quedarán cubiertas de tierra y vegetación para no exista impacto visual.

Después de comer en el Cabril nos llevaron a Castro del Río para asistir a un espectáculo ecuestre. Aunque da la impresión de que este tipo de espectáculos es para guiris, la verdad es que sorprende la cantidad de movimientos distintos que son capaces de enseñar a los caballos en las distintas categorías de doma.
Finalmente estuvimos en una Almazara cenando. Nos pusieron tanta comida y de tanta calidad que no tuvimos más remedio que aceptar la nuclear como energía de compañía. En la cena nos reímos como hacía tiempo que no me reía. No puedo contar ningún detalle de lo que nos reímos porque sería violar el secreto de profesor.
Os animo a que si se celebra algún acto de este tipo y teneís la oportunidad de asistir que no os lo perdáis. También quiero agradecer públicamente al Comité Organizador del ENYGF09 y darles la enhorabuena por la exquisita organización.

European Nuclear Young Generation Forum

Durante esta semana se está desarrollando en Córdoba el European Nuclear Young Generation Forum (foro europeo de jóvenes nucleares). Los objetivos del foro son:
Formar y animar a nuevos líderes para el foro
Atraer a la gente joven al campo nuclear
Crear una plataforma profesional entorno a la energía nuclear para gente jovenn
Promover el intercambio de conocimiento entre la generación joven y la menos joven
Promover la ciencia, ingeniería y comunicación en el campo del uso pacífico de la energía nuclear.
Independientemente de que se esté a favor o en contra del uso de la energía nuclear, me parece importante que trate y se hable del tema y el hecho de que hayan escogido nuestra ciudad para desarrollar este fforo. En el foro está participando gente relacionada con la energía nuclear, tanto ingenieros como científicos y políticos.

Enlaces:
ENYGG09
Jóvenes Nucleares

Mini acelerador de partículas

Andrés García Cámara
18 de mayo de 2009

¿Le suena el acelerador de partículas del CERN? El complejo, que ocupa kilómetros cuadrados cerca de Ginebra (Suiza), sirve para explorar el mundo de lo infinitamente pequeño para buscar los elementos fundamentales de la materia. Los físicos están tratando de usar el grafeno para fabricar una especie de acelerador en miniatura. "En un fragmento de grafeno de un único centímetro cuadrado es posible realizar muchos de los experimentos que hasta ahora requerían laboratorios como el del CERN".
Si se convierte en realidad, los científicos podrían buscar el Bosón de Higgs, una partícula elemental hipotética, que aún no ha sido observada, y conocida como la partícula Dios, en un laboratorio que cabe en la yema del dedo.
Pero ¿qué es el grafeno?, el grafeno es una capa de átomos de carbono 200 veces más resistente que el acero y en la que los electrones tienen una movilidad 100 veces superior a la que les ofrece el silicio, está cerca de convertirse en el material del futuro.
El grafeno es carbono en estado puro. Muchos investigadores lo han estudiado de manera teórica durante más de 50 años. Nadie creía que se podían fabricar dispositivos con este material hasta que, en 2004, científicos de la universidad de Manchester (Gran Bretaña) descubrieron cómo obtener grafeno del grafito, el material de la mina del lápiz.
En abril, investigadores de la Universidad de Texas publicaban en Science que habían logrado producir la primera muestra de grafeno de un centímetro de longitud y esta semana, también en Science, investigadores del Georgia Institute of Technology y el National Institute of Standards and Technology (EEUU) publican una medición del espectro energético de este compuesto de carbono de propiedades exóticas. Una de estas características, a la que los electrones pueden deber su gran movilidad dentro del grafeno, es que estas y otras partículas que transportan cargas eléctricas se comportan como si no tuviesen masa.
Con propiedades entre semiconductor y metal, este nuevo material de una sola capa atómica de espesor revolucionará las telecomunicaciones y la informática al permitir la fabricación de microprocesadores, sensores y sistemas de comunicación mucho más veloces que los actuales. Uno de los paradigmas de la electrónica es incrementar la frecuencia de las señales eléctricas, para fabricar ordenadores cada vez más rápidos o móviles capaces de transmitir datos a mayor velocidad. Si con los chips de silicio podríamos llegar como máximo a los 100 GHz de velocidad, usando transistores de grafeno se alcanzaría el terahercio (1 THz). Si todo va bien, en dos años saldrán versiones comerciales de estos chips avanzados al mercado.
Un equipo de investigación del Instituto Tecnológico de Massachussets (MIT), liderado por el español Tomás Palacios, está fabricando alguno de los primeros aparatos y circuitos electrónicos basados en grafeno, descubierto en 2004 por los científicos Andre Geim y Kostya Novoselov de la Universidad de Manchester.
El equipo de Palacios aprovecha las propiedades del grafeno para desarrollar aparatos electrónicos que no se podrían fabricar con ningún otro material. Por ejemplo, un multiplicador de frecuencia que mejorará las comunicaciones inalámbricas y la electrónica de silicio actual, duplicando la capacidad de transmisión de cada chip al que se le añada el multiplicador.

Enlaces:

• Noticia "Llega el chip de grafeno" publicada en El País
• Noticia "El material donde vuelan los electrones" publicada en publico.es

Andrés García Cámara, 18 de Mayo de 2009

Efecto túne magnético español

Álvaro López Cazalilla
16 de mayo de 2009

En la página del Servicio de Información y Noticias Científicas aparece una noticia sobre un gran avance que tuvo lugar en la mecánica cuántica sobre el efecto túnel de magnetización, una propiedad descubierta por el Grupo de Magnetismo del Departamento de Física Fundamental de la Universidad de Barcelona dirigido por el catedrático Javier Tejada en colaboración con diversos grupos de la City University de Nueva York y la empresa Xerox.
Este avance científico, explica como los polos magnéticos de pequeños imanes formados por millones de átomos, a muy bajas temperaturas, pueden cambiar de orientación por el efecto túnel y sin gasto energético. La revista Nature califica este descubrimiento de hito histórico en la ciencia del espín. Este descubrimiento ha sido reconocido como uno de los más grandes del siglo XX en cuanto a ciencia se refiere.
¿Qué aplicaciones tiene este efecto túnel? Ordenadores cuánticos, transformadores eléctricos, plásticos y refrigeradores magnéticos, brújulas mesoscópicas de alta sensibilidad y catalizadores magnéticos son algunas de las aplicaciones tecnológicas que podría tener el efecto túnel en un futuro. Las expectativas abiertas por el efecto túnel resonante de espín en el campo de la física aplicada y la básica no acaban aquí, sino que abren nuevas fronteras para estudiar nuevos fenómenos cuánticos macroscópicos y verificar teorías.
A parte de lo que en sí conlleva tal descubrimiento, que a lo largo del artículo viene explicado de maneramás o menos reducida, cabe resaltarla importancia que para la ciencia de este país supuso. El catedrático a cargo de la investigación es el primer físico español,que en nuestro país, es reconocido como descubridor de un nuevo fenómeno físico en la historia de la Física.
Espero que os guste. Un saludo.
Álvaro López Cazalilla

Fiesta de UCOFísicos

Como ya sabeis, el próximo día 23 de mayo celebramos una comida en el Hotel Hesperia con motivo de que este año termina la décima promoción y que próximamente hacemos ya 15 años desde que comenzaron los estudios de Física en la UCO. No me he resistido el poner algo en la página. Esperamos que haya una gran afluencia de antiguos alumnos.
En el siguiente vídeo podeis ver cómo se llega al patio del Hesperia donde tomaremos el aperitivo si venís desde el espacio.

Artículo en el European Journal of Physics

Me han publicado un artículo en la revista European Journal of Physics sobre la aplicación Movement of a wave packet through variable slits (Movimiento de un paquete de ondas a través de rendijas variables). El artículo estará gratuito online durante un mes en la página de la revista del Institute Of Physics.
Ver el artículo

¿Viajar como en Star Trek? Una nueva idea podría hacerlo posible…

Isabel Mateos Garrido

11 de Mayo de 2009 

Dentro del universo ficticio de Star Trek, la conducción "warp", llamada propulsión por curvatura o "impulso de deformación", es una forma de propulsión superlumínica. Este motor permite propulsar una nave espacial a una velocidad varias veces la velocidad de la luz, evitando al mismo tiempo los problemas asociados con la dilatación relativista del tiempo. Este tipo de propulsión se basa en curvar (o distorsionar) el espacio-tiempo permitiendo a la nave "acercarse" al punto de destino. Este motor, sin embargo, no permite realizar un viaje instantáneo entre dos puntos a una velocidad infinita, tal y como podemos ver en otras películas. La diferencia es que en la propulsión por curvatura, la nave no entra en un universo (o dimensión) diferente, simplemente se crea, alrededor de la nave, una pequeña "burbuja" (burbuja "Warp") en el espacio-tiempo y se generan distorsiones del espacio-tiempo para que la burbuja se "aleje" del punto de origen y se "aproxime" a su destino. Las distorsiones generadas serían de expansión detrás de la burbuja (alejándola del origen) y de contracción delante de la burbuja (acercándola al destino).

 

La idea de utilizar la curvatura espacial como un medio de propulsión ha sido objeto de estudio teórico por parte de algunos físicos.

Ahora, con la nueva película de Star Trek, podemos ver carreras a través de la galaxia a la velocidad de la luz. Pero, ¿podría convertirse en realidad el viajar así?

Dos físicos de la Universidad de Baylor creen que tienen una idea para traspasar este aspecto de la ciencia ficción a la ciencia real, sin violar las leyes de la física.

El doctor Gerald Cleaver, profesor asociado de física en Baylor, y Richard Obousy, un estudiante post-doctoral de la misma universidad, indican que teóricamente, mediante la manipulación de las dimensiones espacio-tiempo alrededor de la nave espacial con una gran cantidad de energía, se podría crear una "burbuja" empujara la nave más rápido que la velocidad de la luz. Esta burbuja se podría crear, a partir de energía oscura manipulando el espacio de 11 dimensiones. Cleaver afirmó que la energía oscura positiva es la responsable de la expansión del universo en el transcurso del tiempo, al igual que ocurrió después del Big Bang, cuando el universo se expandió más rápido que la velocidad de la luz. 

"Piénsa que es como un surfista sobre una ola", dijo Cleaver, quien es co-autor del nuevo método junto con Obousy. "La nave sería impulsada por la burbuja y la burbuja viaja más rápido que la velocidad de la luz". 

El método se basa en el modelo de Alcubierre, que propone expandir el espacio-tiempo detrás de la nave en contraerlo delante de la nave. La nave no se movería, sino que estaría quieta entre esas dos zonas de expansión y contracción. Este modelo no viola la teoría de la relatividad de Einstein, que afirma que haría falta una cantidad infinita de energía infinita para acelerar un objeto más rápido que la velocidad de la luz. 

La teoría de cuerdas sugiere que el universo se compone de múltiples dimensiones. Altura, anchura y la longitud son tres dimensiones, y el tiempo es la cuarta dimensión. Los científicos que trabajan en la teoría de cuerdas creen que hay un total de 10 dimensiones, con otras seis dimensiones adicionales que todavía no podemos identificar. Una nueva teoría, llamada teoría-M, lleva la teoría de cuerdas un paso más lejos, afirmando que de hecho las cuerdas vibran en un espacio de 11 dimensiones. Esta última dimensión adicional es la los investigadores creen que podría ayudar a impulsar la nave más rápido que la velocidad de la luz. 

Estos dos físicos de la Universidad de Baylor estiman que la cantidad de energía necesaria para influir en las dimensiones adicionales sería equivalente a que toda la masa de Júpiter se convirtiera en energía. 
"Esa es una cantidad enorme de energía", dijo Cleaver. "Estamos todavía muy lejos antes de que podamos crear algo para aprovechar ese tipo de energía."

 

Isabel Mateos Garrido

11 de Mayo de 2009

Un par de fotones entrelazados viajan de La Palma a Tenerife y no la palman

Se ha conseguido que un par de fotones entrelazados viajen una distancia de 144 km sin perder el entrelazamiento cuántico.
El experimento lo ha llevado a cabo el equipo de Anton Zeilinger y Rupert Ursin, en un proyecto de la Agencia Espacial Europea (ESA) y la Agencia Austriaca Europea. Este es un paso muy importante ya que los futuros algoritmos de encriptación en comunicaciones se basarán en el entrelazamiento cuántico. Una de las dificultades del uso de este entrelazamiento consiste en poder mantenerlo, ya que en cuanto el sistema cuántico interacciona con el ambiente se puede perder el entrelazamiento. Este avance permitirá que un satélite envie pares de fotos entrelazados a bases que se encuentren en tierra, posibilitando la transmisión de información encriptada.

Enlaces

• Página de la Universidad de Viena con información sobre el artículo
• Entrada del Blog sobre el entrelazamiento cuántico

La bombilla más pequeña del mundo

Un grupo de físicos de la UCLA ha conseguido construir la lámpara incandescente más pequeña del mundo. El filamento es un nanotubo de carbono de un grosor de unos 100 átomos y en total contiene unos 20 millones de átomos. La importancia de la lámpara es que permite investigar el límite entre la mecánica cuántica, ya que tiene dimensiones relativamente pequeñas, y la termodinámica, ya que contiene un número de átomos suficientemente grande como para poder aplicarla. Lo primero que se está investigando es si el espectro de radiación de la lámpara se ajusta a la fórmula de Planck para la radiación del cuerpo negro. Esta fórmula, tal como vimos, se deduce aplicando tanto la cuántica, al considerar la cuanticación de la energía, como la termodinámica (estadística) para calcular el valor medio de la energía. El filamento de la lámpara no se puede ver a simple vista cuando está apagado y sólamente se ve un punto minúsculo luminoso cuando se enciende.
Como curiosidad, la lámpara original de Edison también utilizaba un filamento de carbono, solo que era 100000 más grueso y 10000 veces más largo.

Enlaces:

• Artículo en la página de la UCLA.
• Artículo de la Wikipedia sobre nanotubos de carbono.
• Apuntes sobre la radiación del cuerpo negro y la hipótesis de Planck