Logran el entrelazamiento cuántico de dos fonones en sendos diamantes separados 15 centímetros

 

Observar el entrelazamiento cuántico entre objetos macroscópicos a temperatura ambiente parece casi imposible, debido a la decoherencia cuántica. Lee et al. publican en Science la primera observación del entrelazamiento cuántico entre los fonones (modos cuánticos de oscilación de los átomos en un cristal) de dos muestras de diamante de pocos milímetros de diámetro separados unos 15 centímetros de distancia. A temperatura ambiente las fluctuaciones térmicas destruyen la coherencia de un sistema cuántico, transformándolo en clásico (las correlaciones cuánticas se transforman en estadísticas). Lee et al. han logrado el entrelazamiento cuántico durante 7 ps (picosegundos o billonésimas de segundo). El secreto es que en el diamente los fonones oscilan a frecuencias muy altas, lo que les protege de las fluctuaciones térmicas a temperatura ambiente. Gracias a ello no ha sido necesario enfriar el experimento a temperaturas próximas al cero absoluto (habituales cuando se habla de propiedades cuánticas de sistemas macroscópicos). Para producir los fonones se han excitado los diamantes con láseres ópticos ultrarrápidos (pulsos ópticos separados 0,35 ps), que también se han utilizado para la detección del entrelazamiento. Nos lo cuenta L.-M. Duan, “Physics: Quantum Correlation Between Distant Diamonds,” Science 334: 1213-1214, 2 Dec. 2011,  que se hace eco del artículo técnico de K. C. Lee et al., “Entangling Macroscopic Diamonds at Room Temperature,” Science 334: 1253-1256, 2 Dec. 2011. También merece la pena leer a John Matson, “Quantum Entanglement Links Two Diamonds. Usually a finicky phenomenon limited to tiny, ultracold objects, entanglement has now been achieved for macroscopic diamonds at room temperature,” Scientific American, Dec. 1, 2011.

El método usado por Lee y sus colegas para producir el entrelazamiento entre los dos diamantes macroscópicos aparece en la figura que abre esta entrada. Gracias a este nuevo método se ha logrado un entrelazamiento con una calidad del 98%, lo que demuestra que el entrelazamiento cuántico es un fenómeno que también se puede observar en el mundo macroscópico, lo que ofrece esperanzas en computación cuántica e información cuántica. Obviamente, 7 picosegundos es un tiempo muy corto para cualquier aplicación práctica y habrá que buscar maneras de alargar este tiempo. Los autores creen que utilizando tecnologías láser de pulsos aún más cortos podrán alargar el tiempo en el que el sistema cuántico se mantiene coherente. 

Os recuerdo que el entrelazamiento cuántico es un fenómeno por el cual dos o más objetos comparten un vínculo invisible que los relaciona incluso más allá de lo que la causalidad relativista permite (el vínculo se observa incluso si se separan los dos sistemas una distancia mayor que lo que permite la transmisión de una señal lumínica entre ambos sistemas). Los autores del artículo han logrado entrelazar los estados vibratorios de las estructuras cristalinas de dos diamantes macroscópicos. Para ello han enviado un pulso óptico que ha inducido un fonón, la vibración cuántica de menor energía de la estructura cristalina de un sólido, en cada diamante.  El experimento logra entrelazar los estados vibratorios de los dos diamantes macroscópicos de tal forma que cuando el láser excita un fotón es imposible saber si dicho fotón se encuentra en un diamante o en el otro, como indica Ian Walmsley, físico experimental de la Universidad de Oxford y coautor del artículo. El fonón, desde el punto de vista cuántico, pertenece a ambos diamantes de forma simultánea. Para verificar que se ha logrado el entrelazamiento se han utilizado pulsos ópticos de prueba que se han hecho incidir sobre cada uno de los diamantes. El fotón incide sobre el fonón y cambia su energía (frecuencia) de tal forma que solo se puede explicar si se ha producido el entrelazamiento cuántico.

La mecánica cuántica viola los preceptos de nuestra intuición clásica. Puede parecer que el fonón debe estar excitado en uno de los diamantes y no en el otro, pero si se asume este hecho, los cálculos indican que los resultados de las medidas en este experimento deberían ser diferentes a las observadas. La única manera de explicar las probabilidades de las medidas de la energía del fotón de prueba es considerar que se ha logrado un entrelazamiento entre (los estados vibratorios de) ambos diamantes. Esto es similar al experimento de la doble rendija. Si sabemos por qué rendija pasa un fotón, el resultado será diferente que si consideramos que todo ocurre como si el fotón pasara por ambas rendijas de forma simultánea.

¿Por qué se ha observado el entrelazamiento con un 98% de confianza estadística? Este tipo de experimentos es muy delicado y no se puede obviar la posibilidad de que haya correlaciones “ocultas” que expliquen el resultado observado sin que haya habido un entrelazamiento cuántico como tal. Aún así, un 98% es un nivel de confianza suficientemente alto en este tipo de experimentos como para poder afirmar que se ha logrado con éxito el entrelazamiento cuántico (la seguridad del 100% es casi imposible en este tipo de experimentos). Pero por supuesto, podría ocurrir que por una fluctuación estadística se hubiera observado una correlación accidental (los autores han estimado que solo hay una probabilidad de 1 entre 50, o del 2%). Los posibles loopholes en estos experimentos son imposibles de evitar. Sin embargo, el 98% ha sido suficiente para que este resultado haya merecido ser publicado en la prestigiosa revista Science.

Por qué la música generada por ordenador nos parece artificial

 

Incluso los mejores percusionistas cometen errores de ritmo al tocar una obra musical. Cuando un ordenador reproduce la misma obra sin errores de ritmo nos parece una interpretación fría, sin alma. Para evitarlo algunos ingenieros de sonido usan un software que añade errores aleatorios en el ritmo para volver más humana la interpretación. Aún así, tampoco se logra color y calidez; la obra sigue deshumanizada.  ¿Por qué no basta con esto? Hennig et al. publican en PLoS ONE un estudio que indica que los errores cometidos por los humanos tienen intención musical. Los humanos cometen errores aleatorios donde tienen que cometerlos para que la interpretación sea más humana. Los errores tienen un sentido y enriquecen la interpretación. Sin embargo, los propios percusionistas no son conscientes de sus errores. Según los autores del estudio la razón última es la propia neurofisiología de la percepción del tiempo y de la capacidad humana para ejecutar acciones coordinadas con cierto ritmo. ¿Algún día las máquinas igualarán a los humanos? Quizás sí, pero los autores de este estudio creen que antes será necesario que las máquinas entiendan la ”musicalidad” de la ejecución de un intérprete profesional. El artículo técnico es H. Hennig et al., “The Nature and Perception of Fluctuations in Human Musical Rhythms,” PLoS ONE 6: e26457, 2011.

El estudio de Hennig et al. muestra que las fluctuaciones en el ritmo de la interpretación presentan correlaciones no lineales siguiendo una ley de potencia (lo que indica que el patrón de las fluctuaciones es (pre)fractal, o al menos autosemejante). Los percusionistas expertos que han participado en este estudio no son conscientes de que cometan errores de ritmo, de hecho afirman con rotundidad que no los cometen. Pero ya se sabe, lo no lineal, lo fractal, lo complicado es lo que nos hace humanos.

El primer material transparente que es superhidrófugo y superoleófugo

Los materiales hidrófugos, que repelen el agua, no suelen ser oleófugos, que repelen las grasas, y tampoco transparentes. Se publica en Science el primer material con estas tres propiedades, que además es fácil de fabricar. El nuevo material está formado por un cristal transparente recubierto de una capa del hollín de una vela, un material poroso.  a su vez recubierta por una fina capa de sílice de 25 nm (nanómetros). Este material negro se vuelve transparente tras su calcinación a 600 ºC y mantiene su extraordinarias propiedades incluso tras ser bombardeado con granos de arena. Realmente es sorprendente las extraordinarias propiedades que tienen muchos materiales cotidianos cuando se combinan de la forma adecuada. ¡Increíble! El artículo técnico es Xu Deng, Lena Mammen, Hans-Jürgen Butt, Doris Vollmer, “Candle Soot as a Template for a Transparent Robust Superamphiphobic Coating,” Science Express, Published Online Dec. 1, 2011 (recomiendo también una ojeada a la información suplementaria de acceso gratuito).

Físicos del SSC metidos a quants, ¿es la física de partículas culpable de la crisis financiera?

Me gusta leer el blog Euribor.com, aunque lo leo de forma diagonal y solo una vez por semana. Hoy me encuentro con una curiosa entrada de Carlos López, ”¿Dónde comenzó a ir todo mal?,” 30 nov. 2011, que achaca parte de la crisis financiera mundial a la conversión de doctores en física de partículas en quants (“cuantitativos” o “analistas cuantitativos” en español) para bancos de inversión. Te extraigo el primer párrafo y te invito a seguir leyendo si te apetece.

“El Desertrón, o el supercolisionador [superconductor] para dar su nombre científico correcto [(SSC por sus siglas en inglés)], se suponía que era la respuesta al Gran Colisionador [de Hadrones] Europeo (en el CERN, Ginebra), un gigantesco experimento para investigar las leyes más fundamentales de nuestro universo. Con una circunferencia de 54 millas [87 km], podría haber sido tres veces más grande [el túnel del LHC tiene 27 km] y potente que el proyecto europeo [tendría colisiones a 40 TeV en lugar de 14 TeV]. También hubiese sido tres veces más caro [en el LHC se aprovechó el túnel de LEP y las instalaciones del CERN, pero en el SSC todo se construyó desde cero, ¡cosas de los americanos!]. En octubre de 1993, para ahorrar los costes estimados en 10.000 millones de dólares, el Congreso de Estados Unidos votó por el abandono del programa en su totalidad, estimando el coste de los trabajos ya realizados en unos 2.000 millones [Leo Lederman, Premio Nobel, era director del SSC y escribió "La partícula divina" para convencer a los políticos de que no había que clausurar el SSC].

Para una generación completa de físicos americanos, esta decisión supuso el fin del futuro esperado de sus carreras. Para algunos doctores en física aquello fue un golpe muy duro. ¿Qué se suponía que debían hacer entonces? Tenían que buscarse la vida en otra cosa. Y la única solución, para muchos de ellos, fue dedicarse a trabajar en Wall Street, en sitios como el gigante banco de inversión Merrill Lynch.

[...] Cuando los físicos investigan las leyes del universo, a nadie le interesa y sus sueldos apenas pasan del mileurismo. Pero, cuando buscan las leyes que rigen los beneficios, se encuentran con una marea negra de fieles.”

Seguir leyendo en Euribor.com…

Prensa rosa: Quiero creer que las cámaras de fotos engordan…

Ya se han  publicado las fotos de las III Jornadas CPAN, por si queréis echar un vistazo. Aparezco en varias, pero os dejo solo la de abajo (por si a alguno de vosotros le apatece desvirtualizar a quien escribe este blog).

Por cierto, estuve en “La Rosa de los Vientos” de Onda Cero este domingo pasado, 28 de noviembre. Si alguien quiere escuchar el programa… Hablé de neutrinos, Michio Kaku y computación ubicua, entre otras cosas.