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Crean un simulador cuántico que permite fenómenos físicos imposibles

Investigadores de la Universidad del País Vasco diseñan un 'teatro' atómico


Investigadores de la Universidad del País Vasco, en colaboración con colegas chinos, han creado un simulador cuántico que permite fenómenos físicos imposibles, a nivel atómico. Por ejemplo, operaciones prohibidas en sistemas físicos microscópicos, como la inversión temporal, que invierte la dirección de la flecha del tiempo. Los científicos lo denominan 'teatro' cuántico.





Los científicos han conseguido diseñar un simulador de fenómenos imposibles. Imagen: woodleywonderworks. Fuente: Flickr.
Los científicos han conseguido diseñar un simulador de fenómenos imposibles. Imagen: woodleywonderworks. Fuente: Flickr.
El grupo de investigación Quantum Technologies for Information Science (Qutis) de la Universidad del País Vasco/EHU, liderado por el profesor Enrique Solano, en colaboración con un grupo experimental de la Universidad de Tsinghua (Pekín, China) dirigido por el profesor Kihwan Kim, ha creado un simulador cuántico que es capaz de crear fenómenos no físicos en el mundo atómico, es decir, fenómenos físicos imposibles.

Los investigadores de ambos grupos han logrado que un átomo atrapado imite comportamientos que contradicen a sus propias leyes fundamentales, llevando los elementos de la ciencia ficción al mundo microscópico. "Hemos conseguido que un átomo actúe como si violase la naturaleza de los sistemas atómicos, es decir, la física cuántica y la teoría de la relatividad. Al igual que sucede en el teatro o en las películas de ciencia ficción, donde los actores parecen mostrar comportamientos absurdos que van en contra de las leyes naturales, en este caso, los átomos son obligados a simular acciones absurdas como si se tratara de un actor de teatro o ficción", explica el profesor Solano en la nota de prensa de la UPV.

Los resultados de esta investigación han sido publicados en la revista Nature Communications, en el artículo Time reversal and charge conjugation in an embedding quantum simulator (La inversión del tiempo y la conjugación de carga en un simulador cuántico generalizado). El equipo de Qutis ha contado con la participación de Lucas Lamata y Jorge Casanova, actualmente en la Universidad de Ulm (Alemania).

En este experimento, los investigadores han reproducido en el laboratorio la propuesta teórica recogida en una investigación previa liderada por el grupo Qutis, donde se describe la posibilidad de que un átomo atrapado pueda realizar comportamientos incompatibles con las leyes fundamentales de la física cuántica.

Más concretamente, operaciones prohibidas en sistemas físicos microscópicos, como la conjugación de carga, que transforma partícula en antipartícula, o la inversión temporal, que invierte la dirección de la flecha del tiempo.

Experimento

Para la realización del experimento fue necesario utilizar un átomo cargado y atrapado con campos electromagnéticos bajo la acción de un sistema avanzado de láseres.

Este tipo de operaciones de simetría se pueden calificarlas como prohibidas, ya que sólo podrían existir en un universo distinto al que conocemos, con leyes distintas. Sin embargo, en este experimento se ha podido simular la realización de este conjunto de leyes imposibles en un sistema atómico.

El grupo QUTIS de la UPV/EHU es líder mundial en simulación cuántica y sus influyentes propuestas teóricas son verificadas con frecuencia en los laboratorios más avanzados de tecnologías cuánticas.

El algoritmo cuántico más avanzado

Otro estudio suyo reciente que ha conseguido gran popularidad es el titulado Digital quantum simulation of fermionic models with a superconducting circuit (Simulación cuántica digital de modelos fermiónicos con un circuito superconductor), realizado en colaboración con el grupo de investigación de Google y la Universidad de California en Santa Bárbara, en el que se lleva a cabo el algoritmo cuántico más avanzado que se conoce y con el que consigue implementar una simulación cuántica de modelos electrónicos de materiales en circuitos superconductores.

Este algoritmo se desarrolló en los laboratorios de circuitos superconductores de Google/UCSB basándose en ideas originales propuestas por el grupo Qutis.

Los investigadores diseñaron un simulador digital de fermiones con más de 300 puertas lógicas cuánticas en un chip de 9 bits cuánticos. Los fermiones son partículas cuánticas, como los electrones, que son la base fundamental de los superconductores, las reacciones químicas o los procesos de altas energías. Su estudio es por tanto muy relevante, ya que es el primero en que se simulan estas partículas de forma universal con una arquitectura tan avanzada y de forma escalable, como es el caso de los circuitos superconductores a temperaturas criogénicas.

Según destacaba Solano, "este experimento representa el primer simulador digital en una plataforma cuántica de estado sólido, superior al algoritmo cuántico más avanzado hecho en un computador cuántico".

Referencia bibliográfica:

Xiang Zhang, Yangchao Shen, Junhua Zhang, Jorge Casanova, Lucas Lamata, Enrique Solano, Man-Hong Yung, Jing-Ning Zhang & Kihwan Kim: Time reversal and charge conjugation in an embedding quantum simulator. Nature Communications (2015). DOI: 10.1038/ncomms8917.
 


Jueves, 1 de Octubre 2015
Redacción T21
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Nota



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1.Publicado por Cornelio González el 01/10/2015 21:00

¿Deja entonces de ser imposible, física y lógicamente, que los respectivos estado inicial y estado final de la Microondulatoria Radiación de Fondo Cósmico (MRFC) de los 3° Kelvin sean, respectivamente, uno y los mismos estados final e inicial, de la misma citada Radiación?:

E. inicial 1/91= el ciclo infinito 0.010989, que leído al revés es: 0,989010= 90/91= E. inicial, o a la inversa:

E. final 90/91= el ciclo infinito 0.989010, que leído al revés es: 0.010989= 1/91= E. final, y a la inversa.... y así por siempre jamás, si definidos inicio ni fin...

¿Será tambien una coincidencia el que, en su propia UNITARIA TOTALIDAD como 0.999999, ambos valores se coordenen cartesianamente de manera compleja, de la siguiente manera?:


000/91=-------- 0 --- = Límite: estadístico-probabilista 0 = la NADA absoluta

001/91= 0.010 989
Abscisa---------------= (45.5)/91= 1/2= 0.5
+90/91= 0.989 010

------------------------------
091/91= 0.999 999= Límite: asintótica aproximación a 1= la TOTALIDAD absoluta

091/91=------- 1 --- = Límite: estadístico-probabilista 1= la TOTALIDAD absoluta

(La ordenada va inscrita en el espacio vertical dejado en blanco al interior de la matriz numérica)


Y todas las anteriores explicaciones nos dejan tremendos cuestionamientos acerca de las siguientes palabras de Jesús, en el libro del Apocalipsis:

Apocalipsis 1, 8: Yo soy el Alfa y la Omega, dice el Señor Dios, «Aquel que es, que era y que va a venir», el Todopoderoso.

Apocalipsis 2, 8: Al Ángel de la Iglesia de Esmirna escribe: Esto dice el Primero y el Último, el que estuvo muerto y revivió.

Apocalipsis 22, 13: Yo soy el Alfa y la Omega, el Primero y el Último, el Principio y el Fin.


Nos quedan entonces estos no menos profundos cuestionamentos:

¿En una última instancia, ¿qué y quienes somos nosotros, los seres humanos?

¿Cual es y en que consiste, el verdadero y último significado de nuestro proceso evolutivo?

2.Publicado por Cornelio González el 03/10/2015 04:01

Para los lectores interesados en este candente tema, les sugiero la lectura del:

Apéndice 31: ¿Puede ser absoluto lo relativo? Y/o, a la inversa: ¿puede ser relativo lo absoluto? Pero… ¿no es mucho mejor que a ratos las cosas sean absolutas y a ratos relativas? O mejor todavía: ¿No sería preferible que existiera una UNIDAD que TOTALICE conjuntamente a lo absoluto con lo relativo?

...de mi obra virtual ¿Hombre=Cosmos?, página 347 y siguientes, pero muy especialmente, los temas tratados entre las páginas 360 y 368, los cuales tienen directa relación con los argumentos de este más que interesante artículo, de la Redacción de Tendencias 21.

3.Publicado por Roberto el 03/10/2015 05:33
Ese comentario tiene sabor a locura...

4.Publicado por Cornelio González el 03/10/2015 20:33

Quizás y con los pies muy en la Tierra, podamos empezar a entender las bellísimas minucias del Cielo, pero implementadas por brillantes físicos en las fronteras mismas del conocimiento de la física de la Naturaleza, en última instancia, nuestra propia física en tanto que HOMBRE(s):


RESUMEN POPULAR
http://journals.aps.org/prx/abstract/10.1103/PhysRevX.1.021018

El lenguaje teórico de la mecánica cuántica contiene conceptos como la conjugación de carga, la conjugación compleja y el tiempo invertido, este último comúnmente utilizado en operaciones matemáticas con las funciones de onda o campos que describen a los sistemas cuánticos. Son esenciales para las clasificaciones fundamentales de los sistemas cuánticos, pero no son físicos; por ejemplo, el tiempo no se puede invertir en el mundo real. La simulación de estas operaciones en un entorno físico real, parece entonces estar fuera de cuestión. Sin embargo en este trabajo, se muestra, que lo que parece imposible, es en realidad posible y esto mediante la creación de un conjunto de diseños conceptuales para la implementación de estas operaciones no-físicas y mediante la presentación de una propuesta concreta para la simulación de la mecanocuántica, relativista y seminal ecuación de Majorama, utilizando para ello herramientas reales, fabricadas de acuerdo con los nuevos diseños conceptuales.

La ecuación de Majorana encarna la denominada conjugación de carga, la cual a su vez, implica la conjugación compleja. Como primer paso para la simulación de la ecuación, desarrollamos un concepto general sobre cómo implementar la conjugación compleja no-física ...físicamente. El truco consiste en asignar a la función de onda compleja de la ecuación, un par de funciones de onda reales.

En una forma sorprendentemente simple, esta asignación se torna luego la antigua conjugación compleja, pero entendida como una operación física que puede ser implementada en un entorno experimental. La asignación inversa, desde un par de funciones de onda modificadas como su contraparte correspondientemente compleja, finalmente completa la aplicación de la conjugación compleja. En el mismo espíritu, las implementaciones físicas de la conjugación de carga y de la inversión del tiempo, también se pueden lograr añadiendo más piezas,obtenidas éstas de la caja de herramientas conceptuales.

La simulación de las acciones de las operaciones no-físicas, necesita la transformación de nuestros diseños conceptuales en implementaciones físicas reales dentro de la plataforma de un sistema físico. Vamos, por tanto, un paso más allá. Elegimos para ello un sistema de dos iones atrapados como nuestra plataforma y presentamos una propuesta concreta para la simulación de la ecuación de Majorana. Aquí, la función de onda de Majorana se inscribe rigurosamente según las dinámicas intrínsecas a los estados cuánticos de los dos iones atrapados y las operaciones no-físicas se llevan a cabo mediante las manipulaciones físicas de las interacciones entre los iones, aplicando para ello, pulsos de láser.

De cara al futuro, creemos que este trabajo también abre la puerta a las realizaciones físicas de otras operaciones basadas en simetrías fundamentales relacionadas con la mecánica cuántica y añade una nueva caja de herramientas para este interdisciplinar campo, recientemente surgido de las denominadas simulaciones cuánticas.

5.Publicado por Beatriz BASENJI el 05/10/2015 23:07
Hace más de cinco años que escribí un cuento donde el personaje de la historia creaba un calendario que hacía retroceder el Tiempo.

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