MÚSICA DESDE OTRAS COORDENADAS

La tecnología cuántica que pudiera convertirse en el futuro de las telecomunicaciones

El túnel Holland, que conecta la isla de Manhattan, en Nueva York, con el estado de Nueva Jersey, es el más antiguo de los destinados al tráfico de vehículos en Estados Unidos, pero bajo su vieja estructura se esconde una nueva tecnología que va camino de convertirse en el futuro de las telecomunicaciones.


En ese túnel se ocultan unos cables de fibra óptica hechos con mecánica cuántica que tienen la capacidad de proteger datos críticos de bancos y agencias gubernamentales. Y ya están siendo probados.


Se trata de una tecnología llamada sistema de distribución de claves cuánticas (QKD) que permite generar e intercambiar claves secretas usando dos fotones entrelazados que solo conocen emisor y receptor. Y lo más interesante es que esas claves no pueden ser copiadas.


Este sistema se utilizará cada vez más, según los científicos, para encriptar información y que no pueda ser descifrada por ningún tipo de computadora, ni siquiera una computadora cuántica.


Funciona a través de lo que muchos consideran el futuro de las comunicaciones: la mecánica cuántica.


¿Cómo funciona?


Cualquier agencia de inteligencia medianamente avanzada puede manipular los cables “normales” de fibra óptica e interceptar los mensajes que se transportan en la red usando un software especial sin que quienes usan esos cables lo sepan.


Pero el QKD resuelve ese problema ya que usa la mecánica cuántica, aprovechando la noción de que la luz, entendida como una onda, puede comportarse también como una partícula. Así, los cables permiten explotar el comportamiento de las partículas de luz (fotones) y crear una especie de bits de información.


En cada extremo del cable, los sistemas QKD usan unos láseres para emitir información en las pulsaciones de luz y conducir esos datos a través del cable.


Si alguna de las partes del cable por donde pasa la información es interceptada y ésta no llega en el nanosegundo que se espera, tanto el emisor como el receptor sabrán que la comunicación ha sido comprometida.


“La mecánica cuántica crea una comunicación ‘segura’ en la que cualquier individuo que esté a la escucha puede ser detectado”, se lee en un informe sobre esta cuestión elaborado por la Comisión Europea.


A diferencia de la criptografía tradicional, que usa las matemáticas, el QKD usa la cuántica para crear códigos “imposibles de romper”.


“Cifrado irrompible”


El cable QKD bajo el túnel Holland fue desarrollado por Quantum Xchange, una empresa tecnológica “pionera en cifrado inquebrantable” y en computaciones cuánticas con base en Maryland, Estados Unidos.


La misión de la compañía, según explica en su sitio web, es “darle a las empresas comerciales y agencias gubernamentales el mejor y más innovador sistema de defensa para mantener sus datos seguros hoy y en el futuro”.


El volumen de datos crece año tras año, lo cual les ofrece a los cibercriminales la oportunidad de exponer enormes cantidades de datos y provocar caos, señala la empresa.


“Las financieras ven la tecnología QKD como un elemento de diferenciación”, dijo John Prisco, director ejecutivo de Quantum Xchange.


Prisco dijo que varias entidades bancarias y compañías de gestión de activos están probando el equipo desarrollado por Quantum, aunque no quiso detallar de qué compañías se trataba por “acuerdos de no divulgación”.


La idea es que esas empresas terminen usando a largo plazo su método para proteger la información más confidencial, desde algoritmos y cuentas de clientes hasta secretos comerciales.


El mexicano Erick Linares Vallejo, investigador de la Universidad de Bristol, en Reino Unido, asegura que el código de seguridad que proporcionan los sistemas QKD “es inquebrantable por 200 o 300 años”.


Más allá de EE.UU.


Pero Quantum Exchange no es la primera compañía en explorar esta tecnología. En 2008, investigadores de la Universidad de Cambridge, en Reino Unido, y de la compañía japonesa Toshiba hicieron el primer experimento, logrando crear claves seguras.


Unos años más tarde, en 2015, un equipo de la Universidad de Ginebra, en Suiza, y de Corning, un fabricante estadounidense que desarrolla materiales con aplicaciones tecnológicas, lograron la distancia de QKD más larga para fibra óptica (307 km).


El gobierno de China también la está desarrollando. De hecho, se ha propuesto crear la red claves cuánticas más grande del mundo y está demostrando la capacidad del QKD para transmitir y recibir mensajes satelitales.


La mecánica cuántica todavía es un mercado por explorar, pero mueve millones de dólares. Según la firma de investigación de mercados Global Industry Analysis, la demanda de esta tecnología podría alcanzar los US$2.000 millones para 2024.


El principal problema de los algoritmos que usamos actualmente es que su seguridad se basa en operaciones que puede resolver fácilmente una computadora cuántica.


Por eso, los investigadores están buscando la manera de diseñar nuevos algoritmos o sistemas para transportar información que puedan estar a salvo de la amenaza que plantea la computación cuántica, como el QKD.


Según un informe publicado el 3 de enero por la MIT Technology Review, la revista tecnológica del Instituto Tecnológico de Massachussets (EE.UU.), la tecnología cuántica es la nueva carrera tecnológica entre China y Estados Unidos.


“Estados Unidos lidera la carrera cuántica. Pero el impresionante esfuerzo de China para impulsar la investigación cuántica significa que la brecha entre ellos se está cerrando rápidamente”, afirma.


(Tomado de BBC Mundo)

 

Científicos crean "cristales de tiempo", nueva forma de materia

Se cree que sus singulares propiedades podrían contribuir a hacer realidad la computación cuántica

"Esto abre la puerta a un mundo de fases de no equilibrio", señala investigador


Un nuevo tipo de materia –apodado "cristal de tiempo" porque su estructura atómica se repite en la cuarta dimensión, más que en el espacio– ha sido creado por dos equipos de científicos, en una hazaña que en otro tiempo se consideraba teóricamente imposible.

Los cristales normales, que van desde los diamantes hasta los copos de nieve, tienen átomos dispuestos en una estructura tridimensional semejante a una celosía. En cambio, los átomos en los cristales de tiempo, cuya existencia fue sugerida primero en 2012, repiten una pauta en la cuarta dimensión, el tiempo. Esto significa, en esencia, que oscilan en movimiento perpetuo sin influencia externa.

Antes de su creación real, algunos investigadores habían expresado dudas de que alguna vez se pudieran hacer cristales de tiempo, pues la idea de un objeto en movimiento perpetuo rompe las leyes vigentes de la física. Pero se cree que es posible en parte por el extraño comportamiento de la materia en al escala cuántica. Un cristal de tiempo parece ser un sistema cerrado, así que no se pierde energía hacia el mundo exterior. Y también parece tener propiedades similares a las de los superconductores, de modo que los electrones pueden moverse sin resistencia. Esto permite que al menos en teoría el movimiento observado continúe por siempre.

Aunque se cree que las aplicaciones prácticas están muy lejanas, existe la idea de que las singulares propiedades de estos cristales podrían contribuir a hacer realidad la computación cuántica. Existen prototipos de computadoras cuánticas, pero requieren una fuerte protección hasta de la más ligera interferencia del mundo exterior. Los cristales podrían ayudar a proteger la información almacenada, lo cual superaría uno de los mayores obstáculos al uso extendido de computadoras millones de veces más rápidas que las usadas hoy día.

Uno de los equipos, encabezado por investigadores de la Universidad de Maryland, creó el primer cristal de tiempo usando átomos cargados eléctricamente del elemento iterbio. Usó un campo eléctrico para levitar 10 de estos átomos sobre una superficie, y luego los golpeó repetidas veces con un pulso de un láser. Los átomos comenzaron a saltar por sí mismos en una pauta regular, pero en forma extraña: más que moverse al ritmo de los pulsos de láser, lo hacían a la mitad del ritmo.

Los investigadores compararon esto con golpear dos veces una tecla del piano pero obtener una sola nota, o apretar con regularidad una esponja pero verla repuntar sólo al segundo apretón. Al parecer esto es un signo revelador de un cristal de tiempo.

Avalado por Nature

La noticia de esta aparente creación fue revelada en octubre del año pasado, pero el mundo científico habían estado esperando ver los detalles completos en una revista revisada por pares.

Ahora el equipo de Maryland y otro encabezado por expertos de la Universidad Harvard han publicado documentos en Nature, una de las principales revistas del mundo. El profesor Andrew Potter, de la Universidad de Texas en Austin, integrante del equipo dirigido por Maryland, comentó: "Esto abre la puerta a todo un mundo de fases de no equilibrio. Hemos tomado las ideas teóricas que habíamos estado repasando en los dos años pasados y en realidad lo construimos en el laboratorio. Esperamos que sea apenas el primer ejemplo y que vengan muchos en adelante".

Sin embargo, en un comentario publicado por Nature, un destacado experto en el campo sugirió que se requiere más investigación para demostrar sin lugar a dudas que los cristales de tiempo existen.

El profesor Chetan Nayak, de la Universidad de California en Santa Bárbara, escribió que, con base en nuestro conocimiento actual, había sido natural ver si era posible "romper espontáneamente la simetría traslacional en el tiempo de las leyes de la física". Pero añadió que es posible que el inusitado movimiento de salto visto en los presuntos cristales de tiempo no dure para siempre.

"Ambos grupos presentaron evidencia de un cristal de tiempo", señaló Nayak, "pero sus resultados combinados apuntan a la necesidad de experimentos que muestren en verdad que las oscilaciones se mantienen en fase durante periodos extensos y no son detenidas por las inevitables fluctuaciones".

© The Independent

Traducción: Jorge Anaya

Lunes, 13 Febrero 2017 06:26

¿Qué es el efecto cuántico de Zenón?

¿Qué es el efecto cuántico de Zenón?

En el marco de la teoría cuántica, el efecto cuántico de Zenón es extremadamente importante. Es el equivalente de la indeterminación de un estado cuántico para un sistema determinado y apunta directamente al problema de la medición.


Zenón de Elea constituye, junto con Parménides y Meliso de Samos, los fundamentos de la civilización occidental; más exactamente, la idea de que lo que prima es el ser —no el devenir, como decía Heráclito—, y que, por tanto, la realidad es ulteriormente estable, constante, carente de dinámicas.


Zenón de Elea expresa varias paradojas. La más pertinente aquí es la paradoja de la flecha. De acuerdo con el filósofo griego, una flecha que se lanza hacia un objetivo nunca lo alcanzará porque primero debe recorrer la mitad del trayecto, posteriormente la mitad de la mitad y así sucesivamente. Como consecuencia, la flecha no alcanza el objetivo, y el tiempo es discreto; no continuo. No importa que en la realidad la flecha sí llegue a su objetivo (si hay puntería).


Como se ha dicho con frecuencia: si se observa aún a una olla con agua, que se ha puesto a hervir, la observación continua del agua nos da la sensación de que el agua nunca hierve (se demora una eternidad, de acuerdo a la observación permanente).


En el marco de la teoría cuántica, el efecto cuántico de Zenón (ECZ) es extremadamente importante. El (ECZ) es el equivalente de la indeterminación de un estado cuántico para un sistema determinado y apunta directamente al problema de la medición —sin duda el problema más importante en el marco de la teoría cuántica, puesto que apunta exactamente a las relaciones entre el universo microscópico y el macroscópico; en otras palabras, entre el mundo cuántico y el mundo clásico. El más apasionante de todos los problema posible acerca de la naturaleza de la realidad y el universo.


El (ECZ) fue observado por primera vez por parte de George Sudarshan y Baidyanaith Misra de la universidad de Texas, en 1977.


En pocas palabras, el (ECZ) pone en evidencia varias cosas, así:


• El tiempo no existe. Todo es una sucesión de presentes o instantáneas.
• El movimiento es una ilusión, a saber: justamente la ilusión del mundo clásico.
• La observación continua de un fenómeno (cuántico) inmoviliza cualquier dinámica.
• La evolución puede ser disminuida y ocasionalmente detenida mediante la continua observación de un fenómeno dado.


Como se aprecia sin dificultad, se trata de consecuencias verdaderamente contraintuitivas; altamente problemáticas cuando se las ve desde el mundo clásico; esto es, el mundo regido por el principio de tercero excluido: una cosa es una cosa, o bien otra distinta, pero no ambas a la vez.


El resultado conjunto transversal de las cuatro evidencias mencionadas es que la mecánica cuántica posee ciertos grados o modos de incompletud. Pues bien, ello justamente es lo que permite reconocer que existen por lo menos quince interpretaciones sobre la mecánica cuántica. Una situación que de lejos de parecer caótica es desde el punto de vista lógico y filosófico absolutamente sugestiva y provocadora. Una arena de trabajo sin igual para el estudio del mundo, la realidad y el universo.


El tema de base, a propósito del (ECZ), es el de las relaciones entre la decoherencia cuántica y la recoherencia cuántica. Dicho de forma simple y llana: cabe pensar razonablemente que el universo entero es cuántico; y que el mundo clásico es sólo una situación límite. Algo que muchos estudiosos de la física cuántica no estarían dispuestos a reconocer, así no más.
Todas las afirmaciones anteriores se sostienen experimentalmente. Por tanto, no hay ya mucho terreno de discusión al respecto.


Digámoslo de manera expresa: mientras que el mundo clásico puede ser idóneamente adecuado como marcado el principio de tercero excluido —o una cosa o la otra; o es de día o es de noche; o se mueve o está quieto, y así sucesivamente—, tanto como por el hecho de que es dinámico, variable, evolutivo; por su parte, el universo cuántico consiste en una continua exploración de posibilidades. El mundo cuántico es coherente y, por tanto, bastante más estable.


Más exactamente, el (ECZ) impide que los estados cuánticos oscilen sin más de un estado a otro (de un estado al siguiente). El supuesto fundamental aquí es que los sistemas y fenómenos contienen grados (discretos) de libertad. En términos elementales, el (ECZ) se refiere al hecho de que existe una ralentización de la evolución de un estado cuántico hasta el límite que dicho estado es observado continuamente.


Digámoslo sin ambages. Ya sabemos bastante bien en qué consiste el universo cuántico, un universo caracterizado por tiempos vertiginosos, que transcurren de la escala de nanosegundos hacia abajo; esto es, nano, pico, atto, femto, etc. —segundos—. El gran problema es que, a la fecha, no sabemos muy bien qué es el mundo clásico —el universo macroscópico, cómo emergió y cuáles es su lógica. O lógicas.


La hipótesis del colapso de la función de onda es una interpretación posible, aunque viene siendo cada vez más cuestionada. La decoherencia cuántica es otra interpretación, acaso más plausible, que permite entender lo que sucede después de que la superposición de estado se quiebra (esto es, después que o el gato de Schrödinger está vivo, o muerto). El (ECZ) constituye acaso la apuesta más fuerte al respecto. Con una observación fundamental, a saber: la decoherencia cuántica no simplemente se quiebra —por diversos factores—. Pues además existe la recoherencia cuántica. Esto es, el mundo no simple y llanamente se vuelve clásico. El mundo vuelve a coherentizarse en escalas temporales proporcionales a la de la decoherencia.


El universo es cuántico. El mundo clásico no es, en absoluto, la última palabra.

 

Publicado: 12 Febrero 2017