La correlación entre el índice h y el número de citas

La bibliometría está repleta de conjeturas verificadas sólo con pequeños conjuntos de datos. Tras analizar las publicaciones de 35.136 investigadores se confirma la fuerte correlación entre el índice h y el número total de citas recibidas C, siguiendo la ley de potencias h ~ C^0,42, predicha por el propio Hirsch, inventor del índice h, que la verificó con un pequeño conjunto de datos. También se correlaciona con el número de publicaciones N, aunque con menor significación. La correlación entre estos tres índices bibliométricos es h ~ C^0,41 N^0,18. Los autores del nuevo estudio han partido de las citas de los artículos de 89.786 científicos con «profile» en Google Scholar (datos recogidos entre el 29 de junio al 4 de julio de 2012), asociados a 67.648 palabras clave diferentes; entre todos ellos han seleccionado los autores que tienen al menos 20 artículos y una carrera con más de 5 años de duración (reduciendo el número a 35.136 científicos). Esta validación a gran escala ha sido desarrollada por Filippo Radicchi, Claudio Castellano, «Analysis of bibliometric indicators for individual scholars in a large data set,» arXiv:1304.1267, 04 Apr 2013. Los aficionados a la bibliometría dispuestos a realizar otros análisis sobre los mismos datos pueden descargar dichos datos en esta página web de los autores. 

Por qué brilla la nieve con chiribitas

A veces, cuando caminas por la nieve observas destellos de colores brillantes que aparecen y desaparecen por doquier, que incluso puedes fotografiar o grabar en vídeo. Estas chiribitas en la nieve son debidas a la reflexión y refracción de la luz del Sol en los pequeños copos de nieve de la superficie. Al caminar estos destellos cambian de color por la refracción de la luz que atraviesa la estructura hexagonal de los cristales de hielo; al cambiar un poco el ángulo entre tus ojos, el copo de nieve y el Sol, cambia el color de la luz (recuerda el fenómeno del arcoiris que emerge de un prisma). Nos lo recuerdan Michael Vollmer, Joseph A Shaw, «Brilliant colours from a white snow cover,» Physics Education 48: 322-331, 2013.

Por cierto, el color blanco de la nieve se debe a que el coeficiente de absorción de luz del hielo es bastante pequeño; este coeficiente es menor para el color azul que para el rojo, por lo que los grandes bloques de hielo (como en los glaciares) se ven con un espectacular color azul (como la foto del Perito Moreno, Argentina, de más abajo). Pero para un copo de nieve (o unos pocos), la atenuación es despreciable, y el fenómeno óptico dominante son la reflexión y la refracción. 

Tu iPhone o iPod Touch como péndulo para prácticas de Física

El péndulo es la práctica por excelencia de todo primer curso de física. Para no aburrir a los alumnos se puede utilizar un ratón de ordenador como péndulo, o incluso un aparato electrónico con acelerómetro, como el mando de una Wii, un iPhone o un iPod Touch. La ventaja de esta última opción es que se puede usar la aplicación gratuita SPARKvue de PASCO Scientific, que te envía la información tridimensional del acelerómetro del dispositivo (en los ejes x, y, z) mediante un e-mail en un fichero tipo CSV. Ajustando los parámetros de muestreo a 50 Hz durante 60 segundos se puede obtener un error del 1% en la medida del periodo del péndulo. Por supuesto, muchas otras prácticas de mecánica pueden aprovechar el acelerómetro de estos dispositivos de Apple (aunque también se puede utilizar cualquier otro smartphone con acelerómetro). Nos cuenta los detalles Justin Briggle, «Analysis of pendulum period with an iPod touch/iPhone,» Physics Education 48: 285-288, May 2013.

El límite de superabsorción solar de una célula fotovoltaica nanotecnológica

La célula solar ideal para aplicaciones fotovoltaicas debe maximizar la absorción solar con un volumen mínimo de materiales activos (Si, a-Si, CdTe, …). El límite teórico se denomina límite de superabsorción solar y ha sido calculado por primera vez por Yiling Yu (Universidad Estatal de Carolina del Norte, Raleigh, EEUU) y dos colegas utilizando una nueva teoría para el análisis de la absorción de luz por una nanoestructura semiconductora, que denominan teoría de modos evanescentes acoplados (CLMT, por Coupled Leaky Mode Theory). Esta teoría se basa en un modelo intuitivo bastante general que conduce resultados similares a los de la teoría de Mie, pero con un coste computacional mucho más bajo (por cierto, en ambos hay que recurrir a simulaciones numéricas por ordenador para calcular el límite de superabsorción para un material concreto y una geometría dada). El límite de superabsorción solar se define como el volumen mínimo de material absorbente en cada elemento unitario de una nanoestructura periódica que garantiza una absorción completa de la luz solar en el espacio ocupado por dicho elemento unitario. Como en la práctica conseguir una absorción del 100% es imposible en todo el intervalo de longitudes de onda, se considera que al menos se alcance una absorción del 90%. El artículo técnico es Yiling Yu, Lujun Huang, Linyou Cao, «Solar Superabsorption of Semiconductor Materials,» arXiv:1304.6975, 25 Apr 2013.

El mayor asteroide damocloide conocido del Sistema Solar

Los asteroides damocloides, llamados así por que su arquetipo es 5335 Damocles, son núcleos inactivos de cometas de período largo de la familia Halley con órbitas muy excéntricas y periodos muy largos. El 26 de febrero de 2012 se descubrió el mayor de todos los asteroides damocloides, llamado 2012 DR₃₀, con un diámetro de 185 km, enorme comparado con el diámetro típico de estos cuerpos de sólo 8 km. El nuevo damocloide también tiene una órbita excepcional con una excentricidad de 0,9867, una distancia la perihelio de 14,54 UA y un semieje mayor de 1109 UA. Se cree que los damocloides son cometas que se originan en el Nube de Oort y han perdido sus materiales volátiles por desgasificación, pasando a ser cometas extintos. La imagen en falso color que abre esta entrada muestra al nuevo damocloide con un brillante color blanco, pero en realidad su color es rojizo y su albedo astronómico es de sólo 0,08, lo que lo sitúa entre los objetos más oscuros de todo el Sistema Solar (por cierto, los damocloides normalmente no superan un albedo astronómico de 0,04). Un análisis dinámico de su trayectoria orbital indica que ésta es inestable y que adquirió su órbita actual recientemente. El artículo técnico es Cs. Kiss et al., «A portrait of the extreme Solar System object 2012 DR30,» Astronomy and Astrophysics, accepted, arXiv:1304.7112, 26 Apr 2013. 

Francis en Trending Ciencia: El entrelazamiento entre cubits de diamante

Disfruta de mi nuevo podcast para Trending Ciencia siguiendo este enlace. He elegido como tema para mi nuevo podcast sobre física una noticia sobre mecánica cuántica, en concreto, un nuevo récord de distancia en el entrelazamiento de dos cubits de estado sólido implementados mediante cristales de diamante (ya hablé de ello en este blog). El grupo de investigación del Prof. Ronald Hanson, de la Universidad Técnica de Delft, Países Bajos, ha publicado online en Nature el pasado 24 de abril un artículo cuyo primer autor es su estudiante de doctorado Hannes Bernien, que ya apareció en el servidor de preprints arxiv el 26 de diciembre del año pasado, en concreto, el artículo arxiv:1212.6136.

El artículo técnico es H. Bernien et al., “Heralded entanglement between solid-state qubits separated by three metres,” Nature, AOP 24 April 2013 [arXiv:1212.6136]. Recomiendo leer también a Richard Van Noorden, «Diamond shows promise for a quantum Internet. Crystal could be used to connect distant quantum networks,» Nature News, 24 Apr 2103.

Entrelazar cubits de estado sólido en distancias grandes es muy difícil pues se requiere un protocolo con una partícula que actúa como mediadora que recorra dicha distancia. Entrelazar dos cubits implementados con diamante en una distancia de 3 metros parece poco, pues esta distancia es muy pequeña comparada con los casi 200 km que se logran con cubits implementados con fotones, pero trabajar con cubits implementados con diamante es mucho más difícil.

Pero antes de discutir más sobre este logro, permíteme recordar qué es el entrelazamiento cuántico, qué son los cubits implementados en celdas de diamante y por qué son tan interesantes.

Francis en ¡Eureka!: La cultura entre las ballenas jorobadas y otros animales

Ya está disponible el audio de mi sección ¡Eureka! en La Rosa de los Vientos, Onda Cero, que puedes disfrutar siguiendo este enlace. Como siempre una transcripción libre del audio.

El ser humano vive en sociedad y bajo cierta cultura, que nos influye desde que nacemos. Muchas veces se ha dicho que la educación cultural nos diferencia de los demás animales. ¿Hay cultura entre los animales? Las personas aprendemos unas de otras mucha información necesaria para nuestras vidas, pero además transmitimos esta información a nuestros descendientes en forma de acerbo cultural. Que un comportamiento sea natural o cultural no tiene nada que ver con el nivel de complejidad o la importancia de dicha conducta, sino sólo con el modo en que se trasmite la información necesaria para su ejecución. Los hábitos culturales se aprenden. La cultura está bien documentada en los chimpancés, de hecho, son animales muy culturales y no existe una cultura común de todos los chimpancés como especie. Cada grupo tiene sus propias tradiciones sociales, alimentarias, sexuales,  y por ello todos los intentos de reintroducir en la selva a los chimpancés criados en cautividad fracasan, porque desconocen la cultura del grupo de chimpancés silvestres en el que se incorporan. El problema es que demostrar la existencia de cultura en otros animales es muy difícil. Lo ideal sería estudiar un nuevo comportamiento desde su origen hasta su integración en todo el grupo. Por primera vez se ha logrado hacerlo con una técnica de alimentación en las ballenas jorobadas llamada «lobtail» o golpear con la cola.

Recomiendo leer a Karen Ravn, «Humans are not the only copycats. Imitation drives culture development in some monkey and whale species,» Nature News, 25 Apr 2013; el artículo técnico Jenny Allen, Mason Weinrich, Will Hoppitt, Luke Rendell, «Network-Based Diffusion Analysis Reveals Cultural Transmission of Lobtail Feeding in Humpback Whales,» Science 340: 485-488, 26 Apr 2013, y Erica van de Waal, Christèle Borgeaud, Andrew Whiten, «Potent Social Learning and Conformity Shape a Wild Primate’s Foraging Decisions,» Science 340: 483-485, 26 Apr 2013.

La voz de Alexander Graham Bell restaurada por el Berkeley Lab

Este vídeo youtube, que acaba con la frase «in witness whereof, hear my voice, Alexander Graham Bell,” nos permite oír una grabación de hace 128 años de la voz de Bell, gracias a la tecnología de restauración de grabaciones antiguas del Berkeley Lab de la Universidad de Berkeley, California, EE.UU. Oímos la voz de Bell grabada el 15 de abril de 1885 en el Laboratorio Volta de Washington, DC. Bell regaló esta grabación al Smithsonian antes de su muerte en 1922. El proyecto de restauración ha sido financiado por el Museo Nacional de Historia Americana, la Biblioteca del Congreso y el Laboratorio Smithsonian en Berkeley. Más información en «“Hear My Voice”: Smithsonian Identifies 130-Year-Old Recording as Alexander Graham Bell’s Voice,» National Museum of American History, Apr. 25, 2013; Charlotte Gray, «We Had No Idea What Alexander Graham Bell Sounded Like. Until Now,» Smithsonian magazine, May 2013; y Dan Krotz, «What Did Alexander Graham Bell’s Voice Sound Like? Berkeley Lab Scientists Help Find Out,» Berkeley Lab, Apr. 25, 2013.

Entrelazan dos cubits de estado sólido en una distancia de tres metros

Entrelazar cubits de estado sólido en distancias grandes es difícil pues se requiere un protocolo con un mediador que recorra dicha distancia. H. Bernien (Universidad Técnica de Delft, Holanda) y sus colegas han logrado entrelazar dos cubits codificados en el espín de electrones en dos celdas de diamante utilizando fotones como mediadores. La gran ventaja de la implementación de cubits en estado sólido es la posibilidad de utilizar técnicas de nanotecnología (nanofabricación), lo que facilita la escalabilidad del diseño. Este logro allana el camino hacia el uso de cubits de estado sólido en la futura red de internet cuántica, routers cuánticos y protocolos de teletransporte cuántico. El artículo técnico es H. Bernien et al., «Heralded entanglement between solid-state qubits separated by three metres,» Nature, AOP 24 April 2013.

Un cubit se puede almacenar en el espín electrónico de un átomo de nitrógeno que actúe como defecto en una red cristalina de carbono (diamante). El espín electrónico permite representar los dos estados del cubit como  |↑> y |↓> en los estados S=0 y S=1, resp., que pueden ser controlados de forma individual con pulsos de microondas. El uso de fotones como mediadores en el protocolo tiene el problema de que la eficiencia no es perfecta, hay pérdida de fotones y los detectores pueden fallar. Para reducir estos efectos Bernien y sus colegas han utilizado un sistema redundante de doble vuelta, utilizando dos fotones como mediadores que van y vienen entre los dos cubits en sendas rondas. El resultado es un protocolo robusto contra la pérdida de fotones.

Por cierto, un título más chic para esta entrada sería «La internet cuántica del futuro gracias a los chips de diamante,» en la línea de Richard Van Noorden, «Diamond shows promise for a quantum Internet. Crystal could be used to connect distant quantum networks,» Nature News, 24 Apr 2013, pero me ha parecido demasiado chic. Quizás los futuros ordenadores cuánticos utilicen cubits de estado sólido en cristales de diamante, es decir, sean «chips cuánticos de diamante,» pero, la verdad, me parece un poco sensacionalista decirlo.

Ya lo conté en «Un diamante, el mejor amigo de una mujer, especialmente si es ingeniera en ordenadores cuánticos.» Los cubits de diamante son muy prometedores desde que el año pasado se demostró que podían superar la decoherencia durante decenas de milisegundos y que podían permitir el desarrollo de memorias cuánticas capaces de retener un cubit durante un segundo («Gran avance en memorias cuánticas para almacenar cubits con el espín nuclear«). Pero, por supuesto, como siempre, sólo el tiempo dirá cuál es la tecnología ganadora que nos llevará hacia la internet cuántica del futuro y hacia los ordenadores cuánticas (ambas tecnologías no tienen por qué ser la misma).

Nuevo test para certificar el entrelazamiento y la no localidad en un sistema cuántico

Quieres comprar el ordenador cuántico o el sistema de criptografía cuántica que la empresa «fulanita» te vende. ¿Quién te certifica que es un sistema cuántico que usa el entrelazamiento y la no localidad? No puedes confiar a ciegas en lo que te diga la empresa. Tampoco puedes verificar la desigualdad de Bell (1964) o la CHSH, por Clauser, Horne, Shimony y Holt (1969), pues para ello tienes que acceder a las «tripas» del sistema y la empresa «fulanita» te quitará la garantía. Se acaba de publicar en Nature la solución a tu problema. Ben W. Reichardt (Universidad del Sur de California, Los Angeles, EE.UU.), Falk Unger (Knight Capital Group, Santa Clara, California EE.UU.) y Umesh Vazirani (Universidad de California, Berkeley, EE.UU.) han publicado una nueva versión del test CHSH mucho más fácil de verificar en la práctica, al que podemos bautizar como test RUV (por Reichardt, Unger y Vazirani). Nos lo cuentan Stefano Pironio, Dorit Aharonov, «Quantum physics: A grip on misbehaviour,» Nature 496: 436–437, 25 Apr 2013; el artículo técnico es Ben W. Reichardt, Falk Unger, Umesh Vazirani, «Classical command of quantum systems,» Nature 496: 456–460, 25 Apr 2013.

El test RUV verifica las correlaciones cuánticas entre dos sistemas que se comportan como cajas negras a las que podemos acceder sólo mediante una interfaz clásica muy sencilla. En concreto, el observador externo sólo puede realizar a cada caja negra dos preguntas pulsando sendos botones marcados con «0» y «1», a las que el sistema puede contestar con sólo dos respuestas, también marcadas con «0» y «1» (ver la figura que abre esta entrada). El observador externo no sabe lo que significan estas preguntas (qué propiedades físicas del sistema estudian) e ignora el proceso que produce las respuestas. El sistema se puede consultar tantas veces como se desee. Las correlaciones cuánticas no triviales entre ambos sistemas dejan una marca en las respuestas clásicas que permite verificar la no localidad y el entrelazamiento entre ellos con una certeza similar al test CHSH. El nuevo test RUV promete entrar con brío en el panorama del procesado de información cuántica, la criptografíca cuántica y la computación cuántica. 

Quizás puedas pensar que un ordenador cuántico está todavía lejos y que el test RUV tiene poca utilidad práctica, pero te equivocas. Ya hace más de una década que se pueden adquirir sistemas de cifrado de alta seguridad basados en criptografía cuántica para la distribución cuántica de claves (QKD). ¿Son seguras las implementaciones de estos protocolos que se venden comercialmente? ¿Qué nivel de seguridad tienes estas implementaciones comerciales? O lo que es más importante, ¿puedes confiar en la empresa que los comercializa?

Cualquiera puede utilizar el nuevo test RUV para verificar y/o certificar si un sistema QKD comercial funciona como tiene que funcionar, tomando dicho sistema como una caja negra a la que podemos interrogar con información clásica. Un proceso parecido a un interrogatorio de un policía a dos ladrones sobre un crimen; aunque el policía no sepa nada sobre el crimen puede verificar la consistencia de las respuestas de ambos ladrones para certificar su autoría. Tiempo al tiempo, para todo augura que pronto habrá empresas de certificación de sistemas cuánticos basadas en protocolos similares al test RUV a las que recurrirán tanto los usuarios finales como las propias empresas fabricantes. Como dicen que dijo Michael Faraday al primer ministro británico: «algún día, señor, cobrará impuestos por esto.»