Ciencia

La tecnología avanza a un nivel descomunal y esta vez fueron investigadores daneses quienes han desarrollado un nanochip que puede alcanzar la supremacía cuántica, es decir, cuando un procesador cuántico realiza un tipo de tarea prácticamente imposible para un ordenador clásico.

Los investigadores de la Universidad de Copenhague han avanzado su tecnología cuántica hasta tal punto que la tecnología informática clásica ya no puede seguir el ritmo. Han desarrollado un chip que, con respaldo financiero, podría ampliarse y usarse para construir el simulador cuántico del futuro. El trabajo ha sido publicado este miércoles (09.12.2020) por Science Advances.

El nanochip puede producir cientos de partículas de luz (fotones) que se usan para almacenar enormes cantidades de datos en forma de información cuántica y emplearse como hardware en los ordenadores cuánticos del mañana, según el equipo de la Universidad de Copenhague.

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Por el momento, el equipo usará sus fuentes de fotones para desarrollar nuevos y avanzados simuladores cuánticos destinados a resolver complejos problemas bioquímicos que podrían, por ejemplo, utilizarse para desarrollar nuevos medicamentos. 

Google, ¿el primero en haber logrado la supremacía cuántica?  

Primero vino Google. Ahora, investigadores del Instituto Niels Bohr de la Universidad de Copenhague, en colaboración con la Universidad de Bochum, se han unido a Google en la carrera para construir la primera computadora cuántica del mundo con lo que ellos llaman un “gran avance”.

El ordenador de Google de este tipo completó en 200 segundos una tarea que la supercomputadora más rápida del mundo tardaría unos 10.000 años en realizar, aunque la firma IBM, su mayor competidora en este campo, puso en tela de juicio los resultados. 

A diferencia de las computadoras clásicas, los ordenadores cuánticos utilizan un sistema de cúbits (bits cuánticos) que almacenan información en las dos cifras del código binario, 1 y 0, mientras que las máquinas clásicas utilizan bits y deben elegir entre almacenar datos en una de las dos cifras, el 1 o el 0. 

Simulador cuántico 

Ahora, el equipo danés asegura que dispone de “la herramienta que hace posible construir un simulador cuántico que puede superar a un ordenador clásico”, lo que es “un gran avance y el primer paso hacia un territorio inexplorado en el mundo de la física cuántica”, afirma Profesor Peter Lodahl, uno de los firmantes del estudio. 

Los investigadores aún no han realizado un experimento real de ventaja cuántica, aunque el artículo prueba que el nanochip “produce un recurso de mecánica cuántica que puede ser utilizado” para alcanzarla con una tecnología ya demostrada. 

Realizar un experimento real como el hecho en su día por Google “podría costarnos 10 millones de euros (12 millones de dólares). Simplemente no nos lo podemos permitir”, indica en la nota el autor principal de los resultados Ravitej Uppu.  

Sin embargo, lo que como investigadores sí han hecho es desarrollar una fuente de fotones y demostrar que puede ser utilizada para lograr una ventaja cuántica. “Hemos desarrollado la piedra angular fundamental”, aseguró el científico.

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FEW (EFE, Science Advances)

El aire que exhalamos contiene información que puede ayudar con el diagnóstico de enfermedades. Los investigadores del Fraunhofer Project Hub para sistemas microelectrónicos y ópticos para Biomedicine MEOS ahora están desarrollando soluciones diseñadas para permitir el análisis del gas respiratorio con este propósito.

El aire exhalado proporciona una huella digital del metabolismo del paciente.

“Muchas enfermedades provocan un cambio en la composición de los gases traza orgánicos volátiles en el aire exhalado que se pueden utilizar como biomarcadores”, explica la Dra. Jessy Schönfelder, investigadora asociada de Fraunhofer MEOS. “A menudo es una combinación de varios gases traza en una concentración significativamente elevada o significativamente reducida que es característica de una enfermedad específica. Esto se conoce como huella dactilar de VOC o patrón de VOC”. Fraunhofer MEOS en Erfurt es un centro de proyectos interdisciplinario que involucra la participación de los Institutos Fraunhofer de Terapia Celular e Inmunología IZI, Microsistemas Fotónicos IPMS y Óptica Aplicada e Ingeniería de Precisión IOF.

En el corazón de este novedoso sistema IMS se encuentra un chip de espectrometría de movilidad iónica asimétrica de campo alto (FAIMS) miniaturizado. El sistema microelectromecánico (MEMS) comprende un filtro de iones y un detector. El dispositivo también cuenta con una lámpara UV. En el primer caso, los VOC, transportados por un gas portador, se bombean al espectrómetro, donde se ionizan mediante luz ultravioleta. En otras palabras, se transforman en moléculas cargadas. “Luego se alimentan al chip FAIMS, que fue desarrollado por Fraunhofer IPMS“, dice Schönfelder. “Luego se aplica un voltaje alterno en los electrodos del filtro. Al ajustar el voltaje en el filtro, puede controlar qué VOC pasan al detector. Esto genera una huella digital de VOC, que nos permite identificar la enfermedad que estamos buscando. “

Existen combinaciones de marcadores específicos para muchas más enfermedades de las que se pensaba. Cada uno de ellos tiene que ser cuidadosamente descifrado. Ésta es la tarea a la que se enfrentan Schönfelder, química de formación, y su equipo. Juntos, ahora están desarrollando un espectrómetro de movilidad de iones (IMS) especial con el que identificar estos patrones de COV. Dado que cada persona exhala alrededor de 200 VOC, esto no es un trabajo fácil. El foco de esta investigación es la detección del cáncer, particularmente el cáncer de pulmón.

En la actualidad, el equipo de investigación está trabajando para mejorar el sistema de control electrónico y mejorar la extracción y el procesamiento de muestras. Mientras tanto, ahora se han realizado con éxito mediciones de referencia con cultivos celulares y se están preparando más investigaciones con muestras clínicas humanas. En un proyecto completado recientemente en Fraunhofer IZI, los científicos que utilizaron una tecnología similar pudieron distinguir siete cepas bacterianas diferentes.

Al mismo tiempo, se espera que los algoritmos de IA especialmente desarrollados simplifiquen la evaluación de las huellas dactilares de COV. “Cada medición genera medio millón de lecturas”, explica Schönfelder. “Por eso, queremos utilizar el aprendizaje automático para analizar este enorme volumen de datos“. 

El algoritmo se entrena utilizando muestras de sujetos de prueba sanos y pacientes con cáncer. Los resultados de tales mediciones están disponibles en unos minutos. “Y podemos imaginarnos que nuestro espectrómetro de movilidad iónica podría usarse algún día para examinar a los pasajeros de las aerolíneas a fin de determinar si están infectados con el coronavirus”, agregó Schönfelder a la revista de ciencia phys.

Saturno y Júpiter ofrecerán un espectáculo astronómico impresionante a poco días de Navidad y su alineación los hará parecer un “planeta doble” muy sencillo de observar. El fenómeno se podrá apreciar entre el 16 y el 21 de diciembre.

El mes pasado el planeta Marte estuvo tan próximo a la Tierra como no lo volverá a estar en 15 años. Esta vez, entre el 16 y el 21 de diciembre, los planetas Júpiter y Sartuno protagonizarán el fenómeno conocido como “gran conjunción”, evento que no ocurría desde el siglo XIII, especificamente desde el año 1.226, según los expertos en astronomía.

El día 21 de diciembre será el día más destacado de este fenómeno, ya que la alineación de estos dos planetas hará que se vean como un “planeta doble” y que se puedan observar más cerca de la Tierra, aunque esto es solo un efecto de perspectiva: los planetas estarán a unos 800 millones de kilómetros entre ellos.

“Las conjunciones entre estos dos planetas son bastante raras, ocurren una vez cada 20 años aproximadamente, pero esta lo es excepcionalmente debido a lo cerca que se verán entre sí”, afirmó el astrónomo Patrick Hartigan de la Universidad Rice.

“Tendría que retroceder hasta justo antes del amanecer del 4 de marzo de 1226, para ver una conjunción más cercana entre estos objetos visibles en el cielo nocturno”, agregó.

La luminosidad de ambos planetas será evidente y se podrá apreciar a simple vista. Poder distinguir a ambos planetas es sencillo, ya que Júpiter es el astro más brillante del cielo nocturno después de la Luna. A su lado, un poco más a la izquierda, se sitúa Saturno, algo menos brillante, que además es reconocido por poseer un sistema de anillos. 

Aunque las mejores condiciones de observación estarán cerca del ecuador, el evento se podrá observar en cualquier lugar de la Tierra, si el clima lo permite. Los expertos sugieren utilizar un telescopio para poder observar a los astros con mayor detalle. 

“Cuanto más al norte esté un espectador, menos tiempo tendrá para vislumbrar la conjunción antes de que los planetas se hundan bajo el horizonte”, aseguró el investigador.

Un evento similar no se volverá a repetir hasta el 15 de marzo de 2080, afirmó Hartigan. Luego de esa fecha, los planetas Saturno y Júpiter no volverán a acercarse tanto hasta el año 2400. 

Las perlas se han favorecido durante mucho tiempo como objetos de belleza. Ahora, los innovadores de la Universidad de Purdue están utilizando la gema para brindar nuevas oportunidades potenciales para el procesamiento de información espectral que se puede aplicar a la espectroscopia en aplicaciones biomédicas y militares.

El equipo de Purdue demostró el procesamiento de información asistido por transporte ligero mediante la creación de un espectrómetro de perlas .

Los espectrómetros sondean las interacciones de la materia y la luz en función del espectro electromagnético y se utilizan comúnmente en aplicaciones biomédicas y militares . Por ejemplo, se han utilizado para el diagnóstico de varios tipos de cáncer y para detección de gases militares.

“Desafortunadamente, los usos generalizados y las adaptaciones prácticas de la espectroscopia a menudo son limitados debido a la necesidad de espectrómetros convencionales”, dijo Young Kim, profesor asociado de ingeniería biomédica en Purdue. “Los espectrómetros actuales se basan en un complejo ensamblaje de dispositivos, una alineación de alta precisión y un gran tamaño o dimensión física, todo lo cual evita una rápida traducción a aplicaciones prácticas”.

El trabajo, que fue financiado por el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea de EE. UU., Se publica en Nano Letters .

“Descubrimos que las perlas son un objeto natural ideal para la localización de la luz de Anderson, el nombre del premio Nobel Philip Anderson, cuyo concepto se ha ampliado para describir cómo la luz experimenta resonancias dentro y fuera de los materiales debido a su fuerte dispersión”, dijo Kim.

Yunsang Kwak, un becario postdoctoral en el laboratorio de Purdue, dijo: “La localización de luz de Anderson ofrece una alta aleatoriedad que es extremadamente útil para la detección de compresión, en particular para realizar el procesamiento de información con un factor de forma delgado y plano, simplemente adjuntando una perla matriz de filtros multiespectrales en una cámara convencional “.

Kim dijo: “No creemos que el uso directo de una perla sea una buena opción para la producción en masa de matrices de filtros multiespectrales. En cambio, las perlas nos enseñan cómo diseñar nanoestructuras desordenadas de localización de luz Anderson para desarrollar una nueva clase de información espectral máquina de procesamiento “.

Los investigadores de Purdue esperan que su nuevo descubrimiento proporcione a los científicos una idea de cómo hibridar materiales y propiedades digitales, lo que podría ser útil para innovaciones en aplicaciones biomédicas y de defensa.

Una colaboración de investigación científica entre la Universidad Queen Mary de Londres, la Universidad de Cambridge y el Instituto de Física de Alta Presión en Troitsk ha descubierto la velocidad del sonido más rápida hasta ahora.

El resultado: aproximadamente 36 km por segundo, esto es casi el doble de rápido que la velocidad del sonido en el diamante, el material más duro conocido en el mundo.

Las ondas, como las ondas de sonido o de luz , son perturbaciones que mueven energía de un lugar a otro. Las ondas sonoras pueden viajar a través de diferentes medios, como el aire o el agua, y se mueven a diferentes velocidades dependiendo de por lo que viajen. Por ejemplo, se mueven a través de sólidos mucho más rápido de lo que lo harían a través de líquidos o gases, por lo que puede escuchar un tren que se acerca mucho más rápido si escucha el sonido que se propaga por las vías del tren en lugar de hacerlo por el aire.

La teoría de la relatividad especial de Einstein establece el límite de velocidad absoluta a la que puede viajar una onda, que es la velocidad de la luz, y es igual a unos 300.000 km por segundo. Sin embargo, hasta ahora no se sabía si las ondas sonoras también tienen un límite de velocidad superior cuando viajan a través de sólidos o líquidos.

El estudio, publicado en la revista Science Advances, muestra que la predicción del límite superior de la velocidad del sonido depende de dos constantes fundamentales adimensionales: la constante de estructura fina y la relación de masa protón-electrón.

Ya se sabe que estos dos números juegan un papel importante en la comprensión de nuestro Universo. Sus valores finamente ajustados gobiernan reacciones nucleares como la desintegración de protones y la síntesis nuclear en las estrellas y el equilibrio entre los dos números proporciona una estrecha ‘zona habitable‘ donde las estrellas y los planetas pueden formarse y pueden emerger estructuras moleculares que sustentan la vida. Sin embargo, los nuevos hallazgos sugieren que estas dos constantes fundamentales también pueden influir en otros campos científicos, como la ciencia de los materiales y la física de la materia condensada, al establecer límites a propiedades específicas de los materiales, como la velocidad del sonido.

Los científicos probaron su predicción teórica en una amplia gama de materiales y abordaron una predicción específica de su teoría de que la velocidad del sonido debería disminuir con la masa del átomo. Esta predicción implica que el sonido es el más rápido en hidrógeno atómico sólido. Sin embargo, el hidrógeno es un sólido atómico a muy alta presión por encima de 1 millón de atmósferas solamente, una presión comparable a la del núcleo de gigantes gaseosos como Júpiter. A esas presiones, el hidrógeno se convierte en un fascinante sólido metálico que conduce electricidad como el cobre y se predice que será un superconductor a temperatura ambiente. Por lo tanto, los investigadores realizaron cálculos de mecánica cuántica de última generación para probar esta predicción y encontraron que la velocidad de sonido en hidrógeno atómico sólido está cerca del límite fundamental teórico.

El profesor Chris Pickard, profesor de ciencia de materiales en la Universidad de Cambridge, dijo: “Las ondas sonoras en sólidos ya son muy importantes en muchos campos científicos. Por ejemplo, los sismólogos usan ondas sonoras iniciadas por terremotos en las profundidades del interior de la Tierra para comprender la naturaleza de los fenómenos sísmicos eventos y las propiedades de la composición de la Tierra. También son de interés para los científicos de materiales porque las ondas sonoras están relacionadas con importantes propiedades elásticas, incluida la capacidad de resistir el estrés “.

Publicado por: @enzodelahoz