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Criptología Cósmica
Uno de los métodos más comunes de cifrado se conoce como cifrado de clave pública, donde se introduce un número aleatorio de gran tamaño en un algoritmo generador de claves para crear un par de claves pública y privada. La clave pública se puede utilizar para cifrar un mensaje que sólo puede ser descifrado con la clave privada. Siempre y cuando la clave privada se mantenga como privada, esto funciona bastante bien. Una pega es que se necesita un número aleatorio grande, y lo ideal es que tiene que ser verdaderamente al azar. Si alguien pudiera predecir el número al azar, se podría generar la misma clave pública y privada.
Pero a menudo los números «aleatorios» sólo son pseudo-aleatorios. Parecen números aleatorios, por el uso de un algoritmo especial para simular la aleatoriedad. Para obtener mejores números aleatorios, se pueden utilizar las fluctuaciones térmicas en el ordenador, o ruido de los datos meteorológicos. O como en el caso indicado en un nuevo artículo científico, los datos del fondo cósmico de microondas. Podría parecer que el CMB es una muy mala elección. Después de todo, puede ser visto por todo el mundo, así que si se usan los datos de CMB para crear un número aleatorio, por qué no puede alguien obtener el mismo número? Pero resulta que eso no es un problema.
La idea básica es tomar un pedazo de cielo y medir la distribución de la energía del CMB, específicamente lo que se conoce como el espectro de potencia. Ese espectro es a continuación, comparado con el ideal teórico, y la diferencia crea un número aleatorio. Incluso si alguien mide exactamente el mismo trozo de cielo, no obtiene el mismo resultado exacto, por lo que no obtendría el mismo número. Mientras que los autores utilizan el CMB como ejemplo, señalan un método similar podría utilizarse para generar números aleatorios desde la línea de 21 centímetros, remanentes de supernovas, galaxias de radio y otros fenómenos astrofísicos. Todo lo que necesitas es un radiotelescopio básico, y se tiene un generador de números aleatorios.
No es probable que este método astrofísico sea mejor que los usados ahora. Variaciones térmicas y los patrones climáticos son bastante aleatorioss. Pero es una idea interesante utilizar los secretos del universo para mantener sus propios secretos.
Fuente: Jeffrey S. Lee and Gerald B. Cleaver. The Cosmic Microwave Background Radiation Power Spectrum as a Random Bit Generator for Symmetric and Asymmetric-Key Cryptography. arXiv:1511.02511 [cs.CR] (2015)
Exposición conmemorativa del Bicentenario Ada Byron
Este año se conmemora el bicentenario del nacimiento de la matemática Augusta Ada King, Condesa de Lovelace (1815-1852), Ada Byron por nacimiento.
Ada fue la autora del primer programa de ordenador de la historia, descrito cien años antes de que se fabricase el primero de ellos.
Para celebrar esta importante fecha, y dentro de las actividades de la Semana de la Ciencia 2015, la Facultad de Matemáticas de la Universidad Complutense de Madrid ha organizado la Exposición conmemorativa del Bicentenario Ada Byron (1815-1852) gracias a la cual se puede descubrir la vida, la obra y el contexto científico, histórico y social de Ada.
Pensada para alumnado de enseñanzas medias, la exposición se ha acompañando de un cuaderno de fichas docentes de contenido pluridisciplinar (aunque con base científica, y especialmente matemática).
La exposición ha sido coordinada por Amador Carvajal García-Pando (Biblioteca, Facultad de Ciencias Matemáticas, UCM) y Capi Corrales Rodrigáñez (Departamento de Álgebra, Facultad de Ciencias Matemáticas, UCM).
Ampliar en: Mujeres con Ciencia
La flexoelectricidad es más que Moore
Investigadores del Grupo ICN2, en la Universitat Autònoma de Barcelona, realizaron un trabajo internacional, publicado por la revista Nature Nanotechnology, informando que ha producido el primer sistema integrado flexoeléctrico microelectromecánico (MEMS) en silicio.
La revolución de la informática es sinónimo de la búsqueda tradicional de empacar más chips y aumentar la potencia de cálculo. Esta búsqueda se materializa en la famosa «ley de Moore», que predice que el número de transistores por chip se duplica cada dos años y ha sido cierta por muy largo tiempo. Sin embargo, como la ley de Moore se acerca a su límite, una búsqueda en paralelo se está convirtiendo cada vez más importante. Esta última misión es apodada «más de Moore», y su objetivo es añadir nuevas funcionalidades (no sólo a los transistores) dentro de cada chip mediante la integración de materiales inteligentes en la parte superior de la base de silicio ubicua e indispensable.
Entre estos llamados materiales inteligentes, los piezoeléctricos se destacan por su capacidad para convertir una deformación mecánica en una tensión (que puede ser utilizada para captar energía para alimentar a la batería) o, a la inversa, generar una deformación cuando se les aplica un voltaje (que se puede utilizar, por ejemplo, en los ventiladores piezoeléctricos para enfriar el circuito). Sin embargo, la integración de la piezoelectricidad con tecnología de silicio es extremadamente difícil. La gama de materiales piezoeléctricos para elegir es limitada, y los mejores piezoeléctricos son todos los materiales ferroeléctricos basados en plomo, y su toxicidad plantea serias preocupaciones. Además, sus propiedades piezoeléctricas son fuertemente dependientes de la temperatura, lo que dificulta su implementación en el entorno caliente de un procesador de un ordenador, cuya temperatura de la unión puede alcanzar hasta 150 C.
Existe, sin embargo, otra forma de acoplamiento electromecánico que permite a un material polarizarse en respuesta a una flexión mecánica, y por el contrario, se dobla en respuesta a un campo eléctrico. Esta propiedad se llama «flexoelectricidad,» y aunque se conoce desde hace casi medio siglo, se ha ignorado en gran medida debido a que es un efecto relativamente débil de poca importancia práctica a macroescala. Sin embargo, en la nanoescala, la flexoelectricidad puede ser igual o superior que la piezoelectricidad; esto es fácil de entender si tenemos en cuenta que es muy difícil la flexión de algo grueso, pero doblar algo delgado es muy fácil. Además, la flexoelectricidad ofrece muchas propiedades deseables: es una propiedad universal de todos los dieléctricos, lo que significa que no se necesita usar materiales a base de plomo tóxico, y la flexoelectricidad es más lineal e independiente de la temperatura de la piezoelectricidad de un ferroeléctrico.
Investigadores del Instituto Catalán de Nanociencia y Nanotecnología (ICN2), un centro de investigación galardonado como Centro de Excelencia Severo Ochoa en el Campus de la Universidad Autónoma de Barcelona (UAB), en colaboración con la Universidad de Cornell (EE.UU.) y la Universidad de Twente (Países Bajos), han logrado producir el primer sistema del mundo integrado flexoeléctrico microelectromecánico (MEMS) en silicio. Han encontrado que, a nanoescala, se mantienen los atributos deseables de la flexoelectricidad, mientras que la figura de mérito (curvatura de flexión dividido entre campo eléctrico aplicado) de su primer prototipo ya es comparable al de los mejores piezoeléctricos bimorfos. Además, la universalidad de la flexoelectricidad implica que todos los materiales dieléctricos que actualmente se utilizan en la tecnología de transistores también deben ser flexoeléctricos, proporcionando así una ruta elegante a la integración de funcionalidades «inteligentes» electromecánicas dentro de la tecnología de transistores ya existente.
Fuente: Umesh Kumar Bhaskar, Nirupam Banerjee, Amir Abdollahi, Zhe Wang, Darrell G. Schlom, Guus Rijnders, Gustau Catalan. A flexoelectric microelectromechanical system on silicon. Nature Nanotechnology, 2015; DOI: 10.1038/nnano.2015.260
Material inteligente basado en grafeno
Un papel fabricado con óxido de grafeno cambia de forma ante distintos estímulos (puede incluso “caminar” por una superficie lisa e incluso girar) y podría ser la puerta a nuevos dispositivos inteligentes. Al exponer el material a luz o cuando se calienta ligeramente este material activo se pliega y permite desarrollar sistemas flexibles que cambian de forma. Se cree que podría ser usado en ropa inteligente capaz de cambiar de forma (y de estilo) como respuesta a la temperatura corporal, o a los cambios ambientales. También podría permitir desarrollar paneles solares que se orienten hacia la posición del Sol. O incluso músculos artificiales para robots, sensores capaces de activar dispositivos de seguridad, etc.
El artículo es Jiuke Mu et al., “Origami-inspired active graphene-based paper for programmable instant self-folding walking devices,” Science Advances 01: e1500533, 06 Nov 2015, doi: 10.1126/sciadv.1500533.
Más información divulgativa en César Tomé (Próxima), “Un material inteligente cargado de ideas,” Next, Voz Pópuli, 11 Nov 2015; Mª Victoria S. Nadal, “Un papel de grafeno se mueve y camina solo gracias a la luz y al calor,” Materia, El País, 12 Nov 2015; Sarah Romero, “Mini robots origami hechos con papel de grafeno,” Muy Interesante, 12 Nov 2015.
Ampliar en: La Ciencia de la Mula Francis
Nuevos conocimientos sobre partículas subatómicas – «Podría cambiar nuestra forma de entender la formación del Universo»
Un equipo internacional de físicos ha publicado una investigación innovadora sobre la descomposición de las partículas subatómicas llamadas kaones (mesones K) – que podría cambiar la forma en la que los científicos a entienden la formación del universo. Nicolas Garron, investigador en el Centre of Mathematical Sciences, ha ayudado a diseñar el primer cálculo teórico de cómo el comportamiento de los kaones difiere cuando la materia – cualquier cosa con masa, como el mundo que nos rodea – se intercambia por antimateria – hecha de partículas similares con carga opuesta.
El cálculo del decaimiento de los kaones se llevó a cabo en supercomputadoras, cuyos cálculos habrían tardado 200 M de horas de procesamiento en un ordenador portátil. La velocidad a la que decaen los kaones destaca que a pesar de ser prácticamente idénticos, existe una asimetría entre materia y antimateria. Esto es clave para la comprensión de los físicos del universo, ya que está actualmente aceptado que el universo fue «creado» con partes iguales de materia y antimateria, y, actualmente la materia ha sobrepasado a su contraparte negativa, los dos conjuntos de partículas deben de haberse comportado de manera diferente – por leve que fuera la diferencia.
El trabajo de un Premio Nobel, que se remonta a 1964 mostró por primera vez que la materia y la antimateria son asimétricas, un concepto conocido como violación indirecta CP. En el 2000, se pudo descubrir violación CP directa – un pequeño efecto, que sólo afecta a unas pocas partículas de entre un millón. Ahora,según la investigación publicada, se ha reducido el cálculo aún más, por lo que es la primera predicción teórica de su tipo – en lugar de experimental.
En la actualidad, los resultados experimentales son consistentes con el cálculo teórico. Pero, con el camino ahora listo para para establecer aún más claramente la exactitud del cálculo, se espera que los resultados experimentales pueden no ajustarse a la predicción teórica – lo que significaría que un nuevo mecanismo debe ser responsable de la preponderancia de la materia.
«Los físicos han estado esperando durante más de 40 años este tipo de avance«, dijo Garron. «Suena extraño, pero estamos buscando que el cálculo teórico no coincida con los resultados experimentales, ya que esto significa que hay más en la conducta de estas partículas y nunca lo hemos entendido. El cálculo está en curso con una precisión que está aumentando rápidamente, dejando la posibilidad de que la evidencia de fenómenos nuevos, no descritos por nuestra teoría, sin embargo, puedan ser descubiertos«.
El superordenador en el que se llevó a cabo la investigación se encuentra en diversas instituciones en el Reino Unido y en EE.UU.. El mes pasado, la Universidad de Plymouth acordó una importante actualización de las instalaciones de computación, la mejora de la actual potencia de cálculo por aproximadamente un factor de diez.
«También somos parte de un consorcio de grupos de investigación y compartimos nuestros recursos con Cambridge, Edimburgo, Glasgow, Liverpool, Oxford, Southampton, y las universidades de Swansea. Este es un programa nacional llamado Dirac, que apoya la física de partículas, la astronomía y la cosmología, y ha recibido 15 millones de £ desde 2011. Esta investigación sobre la asimetría materia-antimateria, que desafía seriamente nuestra comprensión actual de la física de partículas, no habría sido posible sin instalaciones de supercomputación«.
Dr. Nicolás Garron es investigador en el Centre of Mathematical Sciences, en la School of Computing, Electronics and Mathematics at Plymouth University.
El trabajo de investigación, titulado Standard Model Prediction for Direct CP Violation in K Decay, ya está disponible para ver en la revista Physical Review Letters.
Puntos cuánticos en sensores de cámaras fotográficas
Tras su uso en algunos televisores de gama alta como por ejemplo Sony, los puntos cuánticos preparan su llegada a los sensores fotográficos. El primero comercializado es de 13 megapíxeles y estará disponible el próximo año.
Actualmente los sensores más comunes en fotografía digitalmóvil son los conocidos como CMOS, tecnología basada en semiconductores de silicio. Gracias a los avances que ha conseguido la empresa InVisage es probable que comiencen a extenderse en las cámaras fotográficas los resultados de sus investigaciones, los sensores de puntos cuánticos, tecnología ya disponible en algunos televisores como por ejemplo Sony. No se trata de mostrar colores y luz, sino de captarlos, tarea más complicada electrónicamente hablando.
La diferencia reside en el proceso de captura y en las características de las nanopartículas, mientras que el resto del dispositivo es similar. En teoría las ventajas que InVisage ha mostrado deberían dar lugar a avances significativos en aspectos fotográficos muy relevantes, como en el rango dinámico y en captación de luz con escenas poco iluminadas. Además, también se mejora la toma de objetos en caos de mucho movimiento.
Un nuevo componente electrónico para reemplazar el almacenamiento ‘flash’
Investigadores financiados por la Fundación Nacional de Ciencia de Suiza han creado un nuevo componente electrónico que podría reemplazar el almacenamiento flash. Este dispositivo denominado memristor podría utilizarse también para nuevos tipos de equipos.
Dos gigantes de las TIC, Intel y HP, han entrado en una carrera para producir una versión comercial de memristores, un nuevo componente de la electrónica que podría reemplazar algún día a la memoria flash (DRAM) usada en dispositivos de memoria USB, tarjetas SD y discos duros SSD. «Básicamente, los memristores requieren menos energía ya que trabajan con tensiones más bajas«, explica Jennifer Rupp, profesor en el Departamento de Materiales en la ETH Zurich . «Se pueden hacer mucho más pequeños que los módulos de memoria actuales, y por lo tanto ofrecen mucha mayor densidad. Esto significa que pueden almacenar más megabytes de información por milímetro cuadrado.» Pero actualmente los memristores tan solo están en la fase de prototipo.
Computación menos rígida
Junto con su colega químico Markus Kubicek, Jennifer Rupp ha construido un memristor basado en una lámina de perovskita de solo cinco nanómetros de espesor. Y lo interesante es que ha demostrado que el componente tiene tres estados resistivos estables. Como resultado, no sólo puede almacenar el 0 o 1 de un bit estándar, sino también puede ser utilizado para la información codificada por tres estados – el 0, 1 y 2 de un «trit». «Nuestro componente podría por lo tanto también ser útil para un nuevo tipo de TIC que no se base en la lógica binaria, sino en una lógica que proporciona información situada» entre «el y el 1,» continúa Jennifer Rupp. «Esto tiene implicaciones interesantes para lo que se conoce como la lógica difusa, que busca incorporar una forma de incertidumbre en el tratamiento de la información digital. Usted podría describir como la computación menos rígida«.
Otra aplicación potencial es la computación neuromórfica, cuyo objetivo es utilizar componentes electrónicos para reproducir la forma en que las neuronas en el cerebro procesan la información. «Las propiedades de un memristor en un punto dado en el tiempo dependen de lo que ha sucedido antes«, explica Jennifer Rupp. «Esto imita el comportamiento de las neuronas, que sólo transmitir la información una vez que se ha alcanzado un umbral de activación específica«.
En primer lugar, los investigadores de ETH Zurich han caracterizado en gran detalle las formas en las que el componente funciona, mediante la realización de estudios electroquímicos. «Hemos sido capaces de identificar a los portadores de carga eléctrica y entender su relación con los tres estados estables«, explica el investigador. «Este es un conocimiento extremadamente importante para la ciencia de materiales que serán útiles en el perfeccionamiento de la forma en el almacenamiento y operar en la mejora de su eficiencia«.
El cuarto componente
El principio del memristor fue descrito por primera vez en 1971, como el cuarto componente básico de los circuitos electrónicos (junto a resistencias, condensadores e inductancias). Desde la década de 2000, los investigadores han sugerido que ciertos tipos de memoria resistiva podrían actuar como memristores.
Ampliar información en: Memristor chip could lead to faster, cheaper computers
Más información:
Markus Kubicek et al. Uncovering Two Competing Switching Mechanisms for Epitaxial and Ultrathin Strontium Titanate-Based Resistive Switching Bits, ACS Nano (2015). DOI: 10.1021/acsnano.5b02752
Día de Ada Lovelace, para celebrar la presencia de mujeres en ciencia, tecnología, ingeniería y matemáticas
Desde hace algunos años el segundo martes de octubre es el día de Ada Lovelace, que en 2015 cae en el 13 de octubre.
Por lo general se considera a Ada Lovelace como la primera programadora de la historia gracias a su colaboración con Charles Babbage. Lady Lovelace escribía notas acerca de la máquina analítica de Babbage, que aunque en su momento no llegó a funcionar hoy sabemos que podía haber sido el primer ordenador de la historia; sólo cabe imaginar cómo de diferente podría haber sido la historia del siglo XX si en el XIX el Reino Unido hubiera tenido acceso a ordenadores mecánicos a vapor.
Una de las notas de Ada Lovelace, en concreto la última, la nota G, describe un programa para calcular números de Bernoulli, aunque nunca se pudo probar al no llegar a completarse la máquina analítica. Hay también una cierta polémica acerca de si ella escribió el programa o si se limitó a revisar un trabajo previo de Babbage, aunque sí es cierto que la nota G se publicó con Ada Lovelace como autora.
Pero en cualquier caso, da igual.
Lo importante es que en la Inglaterra victoriana Ada Lovelace decidió romper con las convenciones sociales de la época e interesarse por la ciencia y la tecnología, y esa es la contribución que se pretende destacar en su día celebrando las contribuciones de mujeres en el campo de la ciencia, tecnología, ingeniería y matemáticas.
Esta celebración se lleva a cabo mediante eventos por el mundo adelante e historias publicadas en Internet con tal motivo.
Eventos programados para 2015
Además, este año puedes aprovechar para apoyar la idea de que Lego saque un conjunto, bautizado como Lovelace & Babbage, que representa a nuestra heroína, a Charles Babbage, y a su máquina analítica.
El conjunto lleva puntos extra de frikismo porque incluye espacio para meterle dentro una Raspberry Pi.
Fuente: microsiervos
Avance hacia la singularidad
La inteligencia artificial superará a la inteligencia humana a partir del 2020, predijo Vernor Vinge, pionero en la IA, que advirtió sobre los riesgos y oportunidades que una superinteligencia electrónica podría ofrecer a la humanidad.
Vinge fue profesor de matemáticas, científico de la computación, y autor de ciencia ficción que es bien conocido por su manifiesto 1993, «The Coming Technological Singularity«, en el que argumenta que el crecimiento exponencial de la tecnología significa que se alcanzará un punto cuyas consecuencias son desconocidas. Es conocido por sus novelas «A Fire Upon the Deep», en la que visiona una galaxia que está dividida en «zonas de pensamiento», en la que cuanto más se mueve desde el centro de la galaxia, mayor será el nivel de tecnología que se puede lograr.
«Parece plausible que con la tecnología que tendremos, en un futuro bastante cercano«, continuó Vinge, «crear (o convertirnos en) criaturas que superen a los seres humanos en todas sus dimensiones intelectuales y creativas. Eventos más allá de tal evento – tal como una singularidad – son tan inimaginable para nosotros como la ópera es un gusano plano«.
La revistal MIT Technology Review describió las conclusiones a la cuestión de ¿en qué medida las capacidades de la inteligencia artificial se aproximan al equivalente de la inteligencia humana? Los resultados han sido puestos en ARVIX por un equipo de la Universidad de Illinois en Chicago y un grupo de investigación de IA en Hungría. El equipo comparó un sistema de inteligencia artificial, ConceptNet, un proyecto de código abierto de gestión de » MIT Common Sense Computing Initiative», con una prueba estándar de cociente de inteligencia dada a los seres humanos.
El equipo sometió la parte de CI verbal (CIV) del Wechsler Preschool and Primary Scale of Intelligence (WPPSI-III) al sistema de IA ConceptNet 4. Las preguntas de la prueba (por ejemplo, «¿Dónde se puede encontrar un pingüino?» y «¿Por qué nos damos la mano?») fueron traducidas a entradas del ConceptNet utilizando una combinación de herramientas de procesamiento de lenguaje natural simples que vienen con ConceptNet junto a pequeños programas en Python. La respetara a cada pregunta utiliza una versión de ConceptNet basada en métodos espectrales.
El sistema ConceptNet registró un WPPSI-III VIQ que es normal para un niño de cuatro años de edad, pero por debajo del promedio de cinco a siete años. Las grandes variaciones entre subpruebas indican las posibles áreas de mejora. En particular, los resultados fueron más fuertes para los subtests de Vocabulario y Semejanzas, intermedios para el subtest de Información, y la más baja para el de Comprensión y Razonamiento.
La comprensión es la subprueba más fuertemente asociada con el sentido común. Las grandes variaciones entre las subpruebas y el sentido común ordinario, sugieren fuertemente que los resultados no muestran que ConceptNet tenga las habilidades verbales de un niño de cuatro años de edad. Las pruebas de coeficiente intelectual de los niños ofrecen una métrica objetiva para la evaluación y comparación de sistemas de inteligencia artificial.
Fuente: MIT Technology Review
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