Logran entrelazar tres cubits superconductores de alta calidad

 

Fabricar un buen cubit con tecnologías de estado sólido que se entrelace bien con otro cubit no es fácil. Lograr que lo haga con otros dos es un logro que merece ser publicado en Nature. Matthew Neeley (Universidad de California, Santa Bárbara, EE.UU.) y sus colegas lo han logrado gracias a un circuito de cuatro cubits superconductores. Aunque aún no han logrado entrelazar los cuatro cubits, ellos afirman que su tecnología es escalable y podrá ser escalada en un futuro no muy lejano (habrá que esperar hasta entonces para ver hasta dónde). Cuando a uno le dicen que los ordenadores cuánticos son capaces de factorizar 15 = 3 × 5, uno se sonríe, pero hay que recordar que el objetivo actual es obtener buenos cubits con una tecnología que permita entrelazarlos a voluntad y que parezca escalable. Una vez tengamos cubits con estas propiedades el problema de añadir uno a uno más cubits no debería ofrecer muchas dificultades intrínsecas. Eso sí, obtener un buen cubit con tecnologías de estado sólido no es nada fácil, pero nada fácil. Neeley no es el único que publica hoy en Nature un buen cubit entrelazable, Rob Schoelkopf (Universidad de Yale, Connecticut, EE.UU.) y sus colegas también ha logrado entrelazar tres cubits superconductores de alta calidad. Ha logrado un estado especial llamado de GHZ (por Greenberger-Horne-Zeilinger). Son dos grandes avances, pero hay que recordar que con tres cubits se pueden hacer muy poquitas cosas en computación cuántica (casi lo mismo que con tres bits en la clásica). El desafío ahora es lograr añadir, uno a uno, más cubits de gran calidad que se puedan entrelazar entre sí. El progreso no será fácil, pero los avances son lentos pero seguros. Nos lo cuenta Eugenie Samuel Reich, “Quantum computers move a step closer. Successes at entangling three-circuit systems brighten the prospects for solid-state quantum computing,” News, Nature 467: 513, 30 September 2010, haciéndose eco de los artículos técnicos de Matthew Neeley et al., “Generation of three-qubit entangled states using superconducting phase qubits,” Nature 467: 570–573, 30 September 2010, y Leonardo DiCarlo et al., “Preparation and measurement of three-qubit entanglement in a superconducting circuit,” Nature 467: 574–578, 30 September 2010.

Determinar con certeza la altura futura de un bebé a partir de su genoma está más lejos de lo que se pensaba

Se han encontrado 180 variantes genéticas asociadas a la estatura en humanos que dan cuenta del 80% de la altura de un individuo. Se han estudiado 185000 adultos. El 20% restante de la variabilidad estadística en la altura requiere analizar al menos 517 variantes genéticas más, pero su análisis necesitará al menos de 500000 individuos. El consorcio internacional de investigación GIANT todavía tiene mucho trabajo por delante para cumplir con éxito su tarea. Puede sorprender que para predecir en el genoma de un bebé un rasgo tan obvio como la estatura se requiera estudiar casi 700 polimorfismos de un solo nucleótico, pero así se deduce de un estudio científico sobre la estatura de Hana Lango Allen (Universidad de Exeter, Gran Bretaña) y sus colegas. Nos lo cuenta Sadaf Shadan, “Genomics: The long and the short of it,” Nature 467: 539, 30 September 2010. Estos investigadores del consorcio GIANT han publicado el análisis más riguroso y completo de los factores genéticos que influyen en la altura en Hana Lango Allen et al., “Hundreds of variants clustered in genomic loci and biological pathways affect human height,” Nature, Advance Online Publication, 29 September 2010 [el DOI no funciona aún, ver Nature’s VAOP].

Hana Lango Allen y sus colegas han realizado un metaanálisis a escala genómica (GWA o genome-wide association) para investigar las variantes genéticas que están asociadas con la altura y han considerado a casi 183.727 adultos. Su resultado es descorazonador, ya que al menos habría que haber estudiado a 500.000 para obtener un resultado de alta fiabilidad (cercano al 100%). Medio millón de individuos no es moco de pavo. ¿Pasará lo mismo con otros rasgos complejos del fenotipo humano? Quien sabe, pero los que piensan que en pocos años la genética permitirá seleccionar rasgos concretos a medida deben tener en cuenta que estas técnicas, por ahora, ofrecen una fiabilidad muy baja. El genoma es más complicado de lo que quizás nunca llegó a imaginarse.

El principio de incertidumbre, la escala de Planck y los agujeros negros

Supongamos que el espaciotiempo fluctúa a cierta escala de tal forma que el principio de incertidumbre de Heisenberg permite que se cree un agujero negro de forma transitoria. ¿Cuál es esa escala? La escala de Planck, según Eaton E. Lattman, “The Planck length as the dimension of a transient black hole,” European Journal of  Physics 30: L41-L42, 2009. Una idea simple y curiosa que ha publicado un doctor en biofísica que investiga en el plegamiento y cristalización de proteínas.

Más sencillo, imposible. El principio de incertidumbre indica que Δp Δx≈ h (h barra), que aplicado a un volumen de espaciotiempo con masa en reposo nula, es decir, para cΔp ≈ ΔE ≈ c² Δm, resulta que la incertidumbre en la masa es Δm ≈ h/(c Δx). La fórmula para el radio de Schwarzschild para el horizonte de sucesos de un agujero negro (sin rotación ni carga) con una masa de Δm, resulta en R ≈ 2 G Δm / c² ≈ 2 G h /(2 R c³). Parece casi obvio tomar Δx ≈ 2 R, con lo que R ≈ √(G h/c³), es decir, la longitud de Planck.

¿Cómo interpretar este resultado “mágico”? Quizás sea solo una casualidad. O quizás indique que a la escala de Planck el espaciotiempo fluctúa produciendo agujeros negros virtuales que aparecen y desaparecen de forma compatible con el principio de incertidumbre de Heisenberg. Las ideas actuales sobre la gravedad cuántica, como la teoría de cuerdas, no son compatibles con este resultado “casual” como nos recuerda Kwang-Hua W. Chu, “Note on ‘The Planck length as the dimension of a transient black hole’,” European Journal of Physics 31: L13-L14, 2010.

¿Por qué recordar este artículo de enero de 2010 ahora? ¿Y por qué no? Por cierto, os recomiendo la conferencia  (en español) del candidato a Premio Nobel de Física, nacido en España, Juan Ignacio Cirac, Director del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica, Garching, Alemania, en Passion for Knowledge, que podéis disfrutar en vídeo gracias a Amazings.es. Una introducción sencilla a la mecánica cuántica y a la computación cuántica con ciertos deslices (como presentar un hoax sobre el ordenador personal del futuro) pero que deja un buen regusto, el regusto de haber escuchado al próximo Premio Nobel español (aunque sea un Premio Nobel que cuente para Alemania y no para España). Exagerado, quizás.

Por cierto, no sé si habéis leído mis dos contribuciones a Amazins.es: “El tiranosaurio rex y el grave error prehistórico de Steven Spielberg en “Parque Jurásico,” 24/09/2010, y “La historia de la materia oscura,” 20/08/2010.

Primera medición simultánea del campo magnético y del eléctrico de la luz encerrada en una nanocavidad

La luz es una onda electromagnética, la vibración transversal de un campo eléctrico y uno magnético. Medir el campo magnetismo en la luz no es fácil porque es mucho más pequeño que el campo eléctrico. Se ha logrado medir anulando la componente eléctrica. Sendos artículos en Physical Review Letters demuestran que se puede medir el campo magnético sin anular el eléctrico gracias al uso de metamateriales formados por pequeños anillos. Estos anillos son más sensibles al campo magnético que al eléctrico por lo que permiten medir el primero sin que sea necesario anular el segundo. El interés teórico de estos artículos está claro, pero su interés práctico también ya que permitirán la fabricación de nuevos dispositivos ópticos capaces de controlar la componente magnética de la luz. Nos lo ha contado Michael Schirber, “Measuring the Magnetism of Light,” Physical Review Focus, 24 Sep. 2010, haciéndose eco de los artículos técnicos de M. Burresi et al., “Magnetic Light-Matter Interactions in a Photonic Crystal Nanocavity,” Phys. Rev. Lett. 105: 123901, 17 Sep. 2010, y Silvia Vignolini1 et al., “Magnetic Imaging in Photonic Crystal Microcavities,” Phys. Rev. Lett. 105: 123902, 17 Sep. 2010.

La figura que abre esta entrada es del artículo de Burresi et al. en la que la luz se encierra en una nanocavidad fotónica y se utiliza una sonda con un anillo metálico que resuena en función del campo magnético de la luz encerrada en la cavidad óptica. El dispositivo permite medir de forma simultánea las componente eléctrica y magnética de la luz. Los autores han medido la polarizabilidad magnética del anillo colocado en la punta de la sonda y afirman que su trabajo permitirá esta propiedad en otros nanoobjetos que se coloquen en dicha punta. La figura justo arriba de este párrafo es del artículo de Vignolini et al. quienes utilizan un procedimiento muy similar para medir el campo magnético de la luz encerrada en una nanocavidad fotónica gracias a una sonda con punta metálica. En ambos trabajos se mide el campo magnético inducido en la punta de la sonda debido al campo magnético oscilatorio de la luz encerrada en la cavidad. A la inversa se pueden inducir cambios en el campo magnético de la luz encerrada en la cavidad lo que podría permitir el desarrollo de nuevos dispositivos ópticos fotónicos.

Observada por primera vez la radiación de Hawking en un análogo óptico de un agujero negro

Sin lugar a dudas, la noticia científica de esta semana. Ha sido aceptado para publicación en Physical Review Letters el artículo de F. Belgiorno, S.L. Cacciatori, M. Clerici, V. Gorini, G. Ortenzi, L. Rizzi, E. Rubino, V.G. Sala, D. Faccio, “Hawking radiation from ultrashort laser pulse filaments,” ArXiv, 23 Sep 2010. Un análogo óptico del horizonte de sucesos de un agujero negro que utiliza púlsos láser ultracortos ha permitido observar la emisión espontánea de fotones con un espectro de cuerpo negro, que coincide con las predicciones cuánticas de Stephen Hawking en 1974 para la radiación emitida por un agujero negro que se evapora. Si este resultado experimental se confirma en otros laboratorios en los próximos meses, Hawking será firme candidato a ganar el Premio Nobel de Física del año 2011. Quizás por ello todos los medios se han hecho eco de esta importante noticia que nos ha contado KentuckyFC, “First Observation of Hawking Radiation,” September 27, 2010 [portada en Menéame]. La analogía óptica para un agujero ya fue comentada en este blog hace un tiempo en “Láseres de agujeros negros, radiación de Hawking del universo y energía oscura (o a ver cómo le damos un Premio Nobel a Stephen Hawking),” 24 Marzo 2008; recomiendo el artículo de Adrian Cho, “Physics: Test of Hawking’s Prediction on the Horizon With Mock ‘White Hole’,” Science 319: 1321, 7 March 2008; ya predijimos entonces que el siguiente paso era observar la radiación de Hawking. Sin embargo, la tecnología óptica no lineal tenía una fuerte competencia en los estados condensados de Bose-Einstein (BEC), como ya contamos en “Fabricado el primer agujero negro acústico en un condensado de Bose-Einstein,” 11 Junio 2009. Si se confirma el resultado de Franco Belgiorno (Universidad de Milán, Italia) y sus colegas, será la primera observación de la radiación de Hawking, pero no será la única, otros grupos pronto los emularán. Los físicos especialistas en BEC pronto lograrán repetir la hazaña y su repetición confirmará definitivamente las teorías de Hawking, una confirmación que apunta a Premio Nobel teórico en Física.

Belgiorno y sus colegas han creados perturbaciones en el índice de refracción de un medio dieléctrico no lineal gracias al uso de pulsos láser ultracortos (de 1 picosegundo y una energía máxima de 6 mJ, milijulios) y un proceso no lineal llamado filamentación de Bessel en el que el espectro óptico de los pulsos se ensancha conforme se propagan. Estos pulsos permiten simular un horizonte de sucesos gravitatorio en una dimensión. La perturbación del índice de refracción es un salto, una función escalón de Heaviside, que se mueve a una velocidad constante dada por c/v=n. A ambos lados de este frente no lineal el índice de refracción presenta un valor constante diferente, sean n0(ω)+δn y 1/n0(ω), con lo que el frente actúa como un horizonte de sucesos. Si se aplica la teoría cuántica de la radiación Hawking a este horizonte de sucesos (frente de onda) se predice la emisión de fotones con un espectro similar al de un cuerpo negro. La figura que abre esta entrada muestra el dispositivo experimental y el espectro de la radiación Hawking observada. Los autores del artículo afirman que el origen de esta radiación no es el efecto Cherenkov ni la dispersión de Rayleigh ni otros efectos no lineales (mezcla de cuatro ondas (four wave mixing o FWM), automodulación de la fase (self phase modulationo SPM), etc.).

Esta figura ilustra la analogía óptica a un horizonte de sucesos utilizando una analogía hidrodinámica, peces que tratan de ascender por una cascada (la figura es del artículo de Adrian Cho en Science). Por cierto, la analogía para un agujero blanco sería la caída de los peces por una cascada hacia abajo. Sobre este tipo de analogías os recomiendo la lectura de los artículos de W.G Unruh, “Dumb holes: analogues for black holes,” Phil. Trans. R. Soc. A 366: 2905-2913, 28 August 2008, y Ulf Leonhardt, Thomas G Philbin, “The case for artificial black holes,” Phil. Trans. R. Soc. A 366: 2851-2857, 28 August 2008.

PS (13 nov. 2010): El artículo técnico ha aparecido esta semana en PRL: F. Belgiorno et al., “Hawking Radiation from Ultrashort Laser Pulse Filaments,” Phys. Rev. Lett. 105, 203901 (2010). Recomiendo el interesante resumen de John M. Dudley, Dmitry Skryabin, “New horizons for Hawking radiation,” Viewpoint, Physics 3: 95 (2010).