El Premio Wolf, para muchos, es la antesala al Premio Nobel. Juan Ignacio Cirac (Max Planck Institute for Quantum Optics, Munich, Germany) y Peter Zoller (Innsbruck University, Austria) han ganado el Premio Wolf en Física de 2013 por sus “revolucionarias contribuciones teóricas al procesado de información cuántica, la óptica cuántica y la física de gases cuánticos.” Cada uno de los premiados recibirá 50000 dólares cuando el premio sea presentado en el Parlamento de Israel en Mayo. Las contribuciones de Cirac y Zoller en el campo de la información cuántica y en el desarrollo de ordenadores cuánticos basados en iones atrapados son muy conocidas.
Fuente: Michael Banks, “Quantum pioneers bag Wolf prize,”PhysicsWorld.com, Jan 3, 2013.
Códigos secretos creados aplicando física cuántica fueron transmitidos por primera vez a distancias de kilómetros utilizando banda ancha común.
El avance es un paso más en la revolución de la llamada criptografía cuántica, que permite transmitir información de manera segura fundamentada en la física cuántica, en lugar de métodos convencionales, basados generalmente en problemas computacionalmente difíciles.
Pulsos diminutos de láser se utilizan para dar a los fotones una determinada alineación o polarización. Polarizaciones diferentes actúan como los 0s y 1s de la información digital, permitiendo compartir una clave criptográfica.
Lo que hace segura la clave es que cuando los fotones son observados, cambian en forma irrevocable, por lo que un intruso que intenta interceptar la clave sería detectado.
Andrew Shields, del Laboratorio de Investigaciones de Toshiba en Cambridge, Inglaterra, y sus colegas lograron ahora enviar esta información en la infraestructura de fibra óptica existente, desarrollando detectores que captan un fotón por vez y se abren sólo durante una décima de mil millonésima de segundo. La transmisión se logró a lo largo de 90 kms de cable.
El trabajo de Shields es como «intentar distinguir las estrellas mientras se mira de frente al Sol», señaló el experto en seguridad digital Alan Woodward, de la Universidad de Surrey.
«Lo que han logrado estos investigadores es usar una técnica que rápidamente pasa de una a otra de las fuentes de luz que utilizan la fibra al mismo tiempo, de modo que una se distinga de la otra».
Ampliar en: BBC MUNDO
El chino Jian-Wei Pan estudió los secretos del teletransporte cuántico sin cables en el laboratorio del austríaco Anton Zeilinger. El 8 de agosto de 2012 publicó en Nature su récord de 92 km de distancia en China, pero le duró muy poco, fue superado el 5 de septiembre por su maestro, quien alcanzó 144 km en las Islas Canarias. La única posibilidad de lograr una distancia aún mayor es utilizar un satélite.
El objetivo de Pan y Zeilinger a largo plazo es lograr una internet cuántica que conecte todo el globo terrestre, similar a la internet convencional. Por supuesto, aún quedan muchas décadas para lograrlo. Sin embargo, el teletransporte cuántico vía satélite podría abrir una puerta a ciertos tests del efecto de la gravedad en el teletransporte cuántico, lo que podría aportar cierta información sobre la gravedad cuántica [nos los cuentan Giovanni Amelino-Camelia, Lee Smolin y varios colegas].
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Francis (th)E mule Science’s News
Físicos del laboratoire de Physique de la Matière Condensée – LPMC (CNRS/UNS), del laboratoire Matériaux et Phénomènes Quantiques – MPQ (CNRS/Univ. Paris Diderot) y de l’institut des Sciences Moléculaires d’Orsay – ISMO (CNRS/Univ. Paris Sud) han publicado en la revista Science, su trabajo en torno a las propiedades de los fotones. En el campo de la física cuántica, el equipo ha hecho un gran descubrimiento. En efecto, se ha podido demostrar por primera vez, la transición entre los aspectos de onda y partícula de un fotón.
Este descubrimiento pone un «punto final» en el panel de discusión que se inició hace varias décadas en torno a los marcos de comportamiento que podrían ser consideradas como ondas o partículas. También abre nuevos caminos en la seguridad de las comunicaciones mediante la encriptación considerada inviolable, a través de la criptografía cuántica.
En un enfoque nuevo, explican los investigadores, que se presenta a menudo como un objeto cuántico según el caso, ya sea una partícula localizada espacialmente y no puede interferir, o una onda, susceptible de tener interferencias localizadas. La experiencia reciente muestra claramente que es necesario abandonar este punto de vista simplista: el comportamiento de un objeto cuántico, como el fotón no puede reducirse a una descripción binaria en términos clásicos de onda o partícula. Los investigadores han observado fotones en estados de ondas y de partículas, aspectos se superponen en proporciones manejables. Esta propiedad también se demuestra en un experimento de «elección retardada».
Los experimentos sobre la dualidad onda / partícula se realizan mediante el envío de un objeto cuántico, como un solo fotón en un interferómetro. El fotón se encuentra con un divisor de haz primero. Si se coloca un detector en frente de cada una de las dos salidas de este divisor, el fotón es detectado, ya sea uno u otro lado con una probabilidad del 50% para cada alternativa. Si, en cambio, las dos trayectorias se recombinan utilizando un segundo divisor de haz para formar un interferómetro, se observó interferencia en el dispositivo de salida, signos de comportamiento de las ondas.
Los físicos usaron un truco, por una parte para conseguir un interferómetro abierto para una de las polarizaciones del fotón y cerrado para el otro y, en segundo lugar, para llevar a cabo el experimento con fotones gemelos y entrelazados, es decir que tienen correlaciones cuánticas no separables. Mientras que un fotón, el fotón «test«, fue enviado al dispositivo, el segundo, que denotaremos «gemelo» fue enviado a través de una fibra óptica a una habitación a distancia de 20 metros (para evitar la interferencia causal) y el otro de la demora con el fin de garantizar un período de 20 nanosegundos en la detección y por lo tanto la posibilidad de una selección de una base de detección posterior a la detección del prime rfotón (en el marco del laboratorio).
La postselección de los eventos correspondientes a una polarización dada de gemelos entonces permitió a los autores considerar los hechos por los que se detectó el primer fotón por un interferómetro abierto ( tipo de detección de partículas), cerrado (tipo de detección de onda) o una combinación lineal de estos dos comportamientos. En este último caso, el fotón de prueba está en un estado de superposición de un tipo de «onda» y una instrucción como «partícula» y esto en proporciones manejables. Las medidas, en consonancia con las predicciones de la teoría cuántica, demuestran que es necesario dar una dualidad. Un fotón no es una onda o una partícula, sino un objeto cuántico irreducible.
Los fenómenos cuánticos a temperaturas extremadamente bajas son muy estudiados tanto teórica como experimentalmente, en la física contemporánea. Átomos alcalinos enfriados cerca del cero absoluto formaron el primer condensado de Bose-Einstein en 1995. Seis años más tarde, el logro fue galardonado con el Premio Nobel de Física.
Pekko Kuopanportti ha estudiado las estructuras de vórtices que aparecen en condensados de Bose-Einstein en su tesis doctoral en el Departamento de Applied Physics en Aalto University . Las propiedades y el comportamiento de estos vórtices no son del todo conocidos.
«Los vórtices se cuantifican en remolinos en la corriente de gases extremadamente diluidos de átomos alcalinos. Aunque los métodos de investigación son computacionales y analíticos, todas los resultados son también experimentalmente factibles».
Los gases atómicos que Kuopanportti ha explorado son 100 000 veces más delgadas que el aire. Para lograr el condensado, de los átomos alcalinos primero se realizó evaporación del metal sólido para formar un gas, después se enfrió a cerca del cero absoluto y fue capturado en una trampa magneto-óptica en la que se puede controlar.
Kuopanportti ha analizado computacionalmente varios fenómenos nuevos de vórtices y teóricamente ha verificado anteriores resultados experimentales. «En condensados de Bose-Einstein todas las partículas de un sistema ocupan el mismo estado cuántico. Forman una superátomo colectivo de una clase, que el estudio de los fenómenos mecánico- cuánticos básicos en una escala de tamaño casi observable a simple vista».
Vórtices gigantes inexplorados revelan las perspectivas de los gases cuánticos
El condensado se pueden describir con una función de onda compleja, como si fuera una sola partícula cuántica. La función tiene una fase compleja cuyos devanados representan los vórtices que aparecen en el flujo de los átomos de condensado. «El gas circula alrededor del vórtice en la misma forma que los flujos de agua en un fregadero por el desagüe. Vórtices estables cuantizados demuestran que los condesados de Bose-Einstein son superfluidos realmente sin fricción. Por ejemplo, si uno intenta girar un condensado, una red regular de vórtices cuantizados emerge, como el superfluido trata de imitar un fluido ordinario «.
Aumentando el número de devanados de fase alrededor de un vórtice en vórtice gigante o multiplemente cuantizado. Kuopanportti dice que ya en 2007 sus colegas en el Departamento de Física Aplicada, propusieron una bomba de vórtice, un método experimental para crear vórtices gigantes en condensados magnéticamente atrapados. La bomba podría ayudar a descubrir qué tan grande los vórtices gigantes pueden llegar antes de que sean demasiado inestables y de corta duración que se estudiará en absoluto. Kuopanportti ha analizado las propiedades de los vórtices gigantes y los límites prácticos de la bomba de vórtice.
«Vórtices gigantes tienden a dividirse en un solo vórtice cuántico, se ha analizado la forma en que se rompen, y qué mecanismos conducen a la división Hasta ahora solo vórtices con números cuánticos por debajo de 10 se han estudiado; sistemáticamente se procedió hasta 100». «Ahora que se han explorado teóricamente las propiedades de los vórtices gigantes, no llevará tiempo a los grupos experimentales para realizar mi trabajo contribuyedon también al desarrollo futuro de la bomba de vórtice:. El comportamiento de los vórtices gigantes ahora se puede predecir y su distribución controlada».
¿Condensados como dispositivos de memoria para ordenadores cuánticos?
Kuopanportti trabaja en el Centro de Aalto. Su grupo de Computación Cuántica y dispositivos también estudia los requisitos previos para la computación cuántica. Este año el Premio Nobel de Física fue otorgado recientemente a la investigación experimental promoviendo la creación de ordenadores cuánticos. Kuopanportti reflexiona sobre el uso de condensados de Bose-Einstein en la computación cuántica. «Podrían ser utilizados como el dispositivo de memoria de los ordenadores cuánticos. Los condensados viven por minutos, significativamente más tiempo que fotón basados en bits cuánticos que tienen un tiempo de vida de microsegundos. Los condensados podría funcionar como un depósito de almacenamiento y recuperación de información cuántica. Sin embargo, investigación experimental en el campo está todavía en su infancia «.
Fuente: PHYSORG
Un dúo franco-estadounidense compartió el Premio Nobel 2012 de física por la invención de métodos para observar las propiedades extrañas del mundo cuántico, la investigación ha llevado a la construcción de relojes extremadamente precisos y ayudó a los científicos en los primeros pasos hacia la construcción de ordenadores ultrarrápidos.
Serge Haroche de Francia y el estadounidense David Wineland abrió la puerta a nuevos experimentos en la física cuántica, mostrando cómo observar las partículas cuánticas individuales sin destruirlas, según indica la Real Academia Sueca de Ciencias.
Haroche y Wineland, ambos 68 años, trabajan en el campo de la óptica cuántica, que trata de la interacción entre la luz y la materia.
«Sus innovadores métodos han permitido a este campo de la investigación lograr los primeros pasos hacia la construcción de un nuevo tipo de computadora súper rápida basada en la física cuántica», dijo la academia. «La investigación también ha llevado a la construcción de relojes extremadamente precisos que podrían convertirse en la base futura de un nuevo estándar de tiempo.»
A través de los métodos de laboratorio «ingeniosos», los dos científicos han logrado medir y controlar los frágiles estados cuánticos que se pensaba que sería imposible de observar directamente, dijeron los jueces.
Wineland investigó trampas de iones, átomos cargados eléctricamente, y medidas con la luz, mientras que los controles Haroche y fotones medidas, o partículas de luz.
Haroche, investiga en el College de France y la Ecole Normale Supérieure de París (Francia) y Wineland es un físico del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología en Boulder, Colorado (EE.UU.).
Si tienes una caja de cartón, un disco CD viejo que no te importe romper y un cutter, prepárate para hacer un experimento en el que vas a aprender un montón de física cuántica. Prometo no usar ni una fórmula, así que espero que disfrutes el artículo aunque odies las mates.
Hace poco más de un siglo que sabemos con certeza que las distintas sustancias que se encuentran en la Naturaleza se pueden partir una y otra vez manteniendo sus propiedades, pero no hasta el infinito: el límite es lo que llamamos átomos, del griego («in-divisible»).
Seguramente en la escuela te explicaron que los átomos consisten en un núcleo, compuesto de partículas llamadas protones y neutrones (de cargas positiva y neutra) y una nube de electrones de carga negativa orbitando a su alrededor
Un átomo es algo muchísimo más complejo y entretenido, y una de las razones es el tamaño de las partículas que lo componen. Los electrones son tan «pequeños» y ligeros (pesan unas 1800 veces menos que las partículas del núcleo atómico) que viven en el mundo microscópico donde las leyes de la Naturaleza son muy diferente a las que vemos en nuestro día a día: las de la mecánica cuántica.
Para empezar, un electrón no es una «bolita», como se lo suele representar. Se descartó hace mucho tiempo que pudieran ser esferas tras analizar un efecto llamado spin. De hecho, a día de hoy no se sabe qué son por dentro (si es que son algo).
El objetivo del experimento es ser capaces de ver dicho espectro para detectar las líneas espectrales de las lámparas que se tengan en casa. En un laboratorio profesional se usaría una red de difracción, básicamente una superficie fina con un patrón regular de agujeros microscópicos:
La distancia entre agujeros debe ser del orden de magnitud de la luz que se quiere analizar y lo que se consigue es separar la luz en sus distintos colores de una forma mucho más eficiente a como lo haría un prisma. Para detectar la separación habrá que mirar el patrón desde un ángulo que coincida con los puntos señalados como «m=1» en el dibujo.
Como es raro que alguien tenga un patrón de difracción de laboratorio en su casa, vamos a usar algo mucho más artesanal: un CD. Incluso un CD-R (de los grabados en casa) vale, ya que aunque esté vacío vienen con una serie de surcos de ~500nm de ancho ya pregrabados.
Al no ser agujeros sino surcos la difracción no será perfecta sino que dependerá del ángulo con el que se mire… ¡pero esto es un experimento casero, así que nos conformamos!
Lo primero que hay que hacer es quitarle la cubierta que lleve pegada en uno de sus lados. Esto debe hacerse con un cutter y con mucho cuidado para no rayarlo. Recomiendo cortar un trozo sin preocuparse y a partir de ahí ir levantándolo muy lentamente introduciendo el cutter por debajo:
Tras separar la cubierta de un trozo, procedemos a cortarlo con unas tijeras:
Y a continuación buscamos una caja de cartón y haremos una pequeña ranura en uno de los extremos, y colocaremos el trozo de CD sin cobertura de forma que haga un cierto ángulo con un rayo de luz que entre en la caja, tal que así:
El último paso recomendable es cerrar la caja con su tapa y abrir una pequeña ventana por la que poder ver el trozo de CD desde arriba. Deberás probar para averiguar el ángulo de refracción correcto. También hay otras posibles configuraciones (con el CD paralelo a la abertura y el visor en la otra punta, etc…): prueba y descubre la que te parezca más cómoda.
Tras todo esto, ya podemos iluminar la caja a través de la ranura con el tipo de luz a analizar y podremos ver su espectro a través de la ventana. Primero os muestro lo que se ve con una lámpara incandescente (¡¡perdón por la calidad de esta imagen!!):
Como era de esperar, se ve un espectro continuo, lo que corresponde al tipo de emisión térmico.
Pero si ahora enfocamos una lámpara fluorescente hacia nuestro rudimentario analizador, veremos esta preciosa imagen:
Experimento completo en: Ciencia explicada
Bajo licencia Creative Commons
Este señor, del que muchos hablan con cariño y admiración, que “ha conseguido meter la ciencia en la programación televisiva”, empieza el artículo ¿Por qué nos fascina la física cuántica?” hablando de cómo se lleva el portátil a todas partes. Hasta ahí bien; ya digo que Punset es simpático, y a mí me cae bien. Pero luego enlaza, de manera algo brusca, con la física cuántica, y dice, a raíz de su descubrimiento, que
…desde entonces, se acabó para siempre la credibilidad del dogmatismo y se asentó en nuestra manera de pensar la incertidumbre.
Aquí Punset está cometiendo un error muy grave y muy típico… de los magufos. Mucha gente asocia “cuántico” a “incertidumbre” por el principio del mismo nombre de Heisenberg, y asume además, erróneamente, que lo que pasa en el contexto subatómico es perfectamente extrapolable al mundo macroscópico. Punset también lo asume, porque más adelante dice:
Una cierta incertidumbre –la del mundo cuántico– afecta también a las supuestas certidumbres del
mundo macro ya conocido.
Las certidumbres, o falta de ellas, del mundo macro no se ven afectadas por las incertidumbres cuánticas. No más que antes; ni menos tampoco. El mundo cuántico y el macro son el mismo mundo (quiero decir que existen ambas cosas en lo que llamamos realidad), pero sus características no son intercambiables. Ni los quarks son bolitas ni podemos decir que un señor está afectado por el principio de incertidumbre de Heisenberg, como bien decía El Nocturno en esta entrada que le ocasionó más de un disgusto. Porque criticaba a Punset.
La segunda en la frente. Y la tercera, también
No contento con dar una idotea talmente equivocada de qué es la física cuántica, Punset nos demuestra dos veces más que la ha entendido mal. La primera es de traca:
El concepto de dos bits afectados el uno por el otro, a pesar de estar en hemisferios distintos, ha dado lugar en física cuántica al llamado ‘entanglement’ o ‘compactación’; con toda seguridad, entendemos mejor desde entonces lo que ocurre en el alma compactada de los enamorados, así como la imposibilidad en que se encuentran de conseguir desprenderse del apego del otro para que su mundo no esté afectado por él o ella.
El entrelazamiento cuántico (Punset lo traduce como “compactación”, no sé muy bien por qué) no tiene nada que ver con “el alma compactada de los enamorados”. Es un absoluto desbarre pseudopoético, que ni explica el entrelazamiento cuántico, ni lo que pasa en el alma de los enamorados, ni nada. Punset está usando la física cuántica (mal) para escribir sobre unas ideas algo manidas que no aportan nada al conocimiento de la física cuántica, ni explican por qué nos fascina. Si Deepak Chopra hubiera dicho esto, estaría todo el mundo riéndose de él. Pero lo ha dicho Punset, que ya tiene firmemente encasquetada la aureola de “divulgador científico” pese a estas metidas de pata.
El mundo según Punset. ¡Cuántico! ¡Entrelazado!
¿Y eso es todo? No. Porque nos guardaba Punset esta otra perla:
Ahora constatamos –gracias a la física cuántica– que las personas con muchos conocidos tienen más éxito que los que tienen pocos.
Puede que constatemos esto. Pero no lo constatamos “gracias a la física cuántica”. La física cuántica no tiene nada que ver con el éxito social (o de cualquier tipo) de las personas, salvo que seas un reduccionista absolutamente hardcore. Si alguien lee acríticamente este artículo, se llevará una idea muy equivocada de la física cuántica, y lo que es peor: escuchará las mismas cosas de la gente que vende pseudociencia vistiéndola con lenguaje científico. Y dos de cada tres usan, igual de mal que Punset, términos relacionados con la física cuántica.
Si algo nos ha explicado Punset en este artículo es que él no entiende nada de física cuántica y que es perfectamente capaz de malinterpretar una idea científica para hablar de otras cosas que le gustan, como los enamorados o el éxito de las personas. Esto no es divulgación científica.
Divulgar no es fácil
No lo es en absoluto, y cualquier divulgador va a meter la pata en alguna ocasión; esto no lo convierte en un mal divulgador, y menos aún si reconoce y rectifica el error. Yo no he visto a Punset rectificar las burradas que dice sobre la física cuántica.
Pero una cosa es equivocarse y otra cosa es un enfoque divulgativo que en vez de hacer entender conceptos científicos a los lectores, confunde, malinterpreta y pervierte esos conceptos creando una falsa idea de lo que el conocimiento científico dice. En España tenemos enormes cantidades de excelentes divulgadores, menos obsesionados con el optimismo y la física cuántica que Punset, y que saben mucho más que Punset de los temas de los que Punset no para de hablar. Pero el que más vende, el más conocido, el más querido, el más admirado, es Punset. Si esto es sintomático, me da un poco de miedo preguntarme de qué.
Ampliar en: Escéptica
En un artículo aparecido el 29 de mayo en Physical Review Letters se explica un método por el cual se pueden romper los sistemas criptográficos basados en los principios de la mecánica cuántica. Dicho método se basa en permitir que el flujo de datos interactúe con un estado cuántico que viaja hacia atrás en el tiempo. Es decir, se usa la teoría general de la relatividad para alterar un sistema cuántico.
Para que un sistema criptográfico sea seguro la clave está en que el código que sirve para cifrar el mensaje no sea conocido más que por el emisor y el receptor del mensaje y que dicho código no sea fácilmente deducible. Para garantizar la seguridad, sin embargo, sería necesario además que se detectase a cualquier persona extraña que intentase tener conocimiento del mensaje, no digamos ya de la clave. Esta garantía es la que da la criptografía cuántica.
Como es conocido, el hecho de medir un sistema cuántico lo altera. Esta propiedad es de la que hace uso la criptografía cuántica para asegurarse de que la clave viaja del emisor al receptor con garantía de que nadie la “escucha”, pues si lo hiciese alteraría la propia comunicación, introduciendo anomalías detectables. La comunicación se efectúa usando superposiciones cuánticas y la transmisión de estados cuánticos. En el estudio que comentamos se emplea una curva temporal cerrada para evitar la detección de la escucha, haciendo el cifrado cuántico inseguro.
Artículo completo en: Experientia Docet
El vacío, tal y como lo entendemos clásicamente, es un estado completamente desprovisto de materia, pero cuánticamente está lleno de partículas virtuales: Es lo que se conoce como fluctuaciones cuánticas del vacío», explica Borja Peropadre, investigador del Instituto de Física Fundamental (CSIC). Investigadores de este centro y de la Universidad de Waterloo (Canadá) proponen un experimento que permite la transferencia de información entre el pasado y el futuro usando este vacío cuántico. Los científicos han conseguido explotar sus propiedades utilizando la emergente tecnología de los circuitos superconductores, según un trabajo que publican en la revista Physical Review Letters.
«Gracias a esas fluctuaciones, es posible hacer que el vacío esté entrelazado en el tiempo; es decir, el vacío que hay ahora y el que habrá en un instante de tiempo posterior, presentan fuertes correlaciones cuánticas», aclara Peropadre. Por su parte, el director del estudio, Carlos Sabín, destaca el papel de los circuitos superconductores:»Permiten reproducir la interacción entre materia y radiación, pero con un grado de control asombroso. No sólo ayudan a controlar la intensidad de la interacción entre átomos y luz, sino también el tiempo que dura la misma. Gracias a ello, hemos podido amplificar efectos cuánticos que, de otra forma, serían imposibles de detectar».
De este modo, haciendo interaccionar fuertemente dos átomos P (pasado) y F (futuro) con el vacío de un campo cuántico en distintos instantes de tiempo, los científicos han encontrado que P y F acaban fuertemente entrelazados. «Es importante señalar que no sólo es que los átomos no hayan interaccionado entre ellos, sino que en un mundo clásico, ni siquiera sabrían de su existencia mutua», comentan los investigadores.
Desde el punto de vista tecnológico, una aplicación «muy importante» -según los autores- de este resultado es el uso de esta transferencia de entrelazamiento para fabricar en el futuro memorias cuánticas, capaces de retener este tipo de información. «Codificando el estado de un átomo P en el vacío de un campo cuántico, podremos recuperarlo pasado un tiempo en el átomo F», señala Peropadre. «Y esa información de P, que está siendo ‘memorizada’ por el vacío, será transferida después al átomo F sin pérdida de información. Todo ello gracias a la extracción de las correlaciones temporales del vacío».
Fuente: Público