Agujeros negros: la clave para crear computadoras cuánticas

Los agujeros negros utilizan una especie de “discos duros” donde la información no se pierde jamás; ¿seremos capaces de replicarlos a escala práctica?

Antes de morir, Stephen Hawking (junto a su colega Malcolm Perry, ambos de la Universidad de Cambridge) trabajaba en un artículo acerca de la manera en la que los agujeros negros, en teoría, funcionan como enormes discos duros que almacenan información en “pelo suave” (la radiación remanente que expulsa el agujero después de engullir un cuerpo celeste). Analizamos este fascinante descubrimiento aquí. Sin embargo, el problema de la paradoja de la información ha sido abordado por otros científicos, con resultados potencialmente revolucionarios.

computadoras cuanticas y hoyos negros

Uno de ellos es Georgi “Gia” Dvali, profesor de física en el Centro de Cosmología y Física de Partículas de la Universidad de Nueva York y en LMU Múnich, además de director del Instituto Max Planck de Física, también en Múnich. Para Dvali, “los agujeros negros son computadoras cuánticas. Tenemos una secuencia explícita de procesamiento de la información”.

Gracias a las investigaciones de Hawking y Perry, sabemos que los agujeros negros no “destruyen” la información de lo que engullen, puesto que una de las premisas de la física cuántica es que la información simplemente no puede desaparecer. En cambio, esta información permanece almacenada en lo que Hawking llamó “pelo suave”, una fina capa de fotones con la capacidad de “grabar” lo que pasa por ahí, de manera que aunque el agujero negro se evapore, la información de lo que ha sido absorbido queda almacenada. Antes se creía que los agujeros negros eran “calvos”, es decir, que lo que entraba ahí no volvía a salir; pero a la luz de los descubrimientos más recientes, se sabe que esta hipótesis es incorrecta.

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Condensado de Bose-Einstein (imagen: Naukas)

Este “pelo cuántico” que permite tanto el almacenamiento como la liberación de la información, aparecería, según Dvali, gracias a los gravitones, los cuantios (quanta) que hacen posible la gravedad y la conformación del espacio-tiempo. El problema es que la existencia de los gravitones aún está en entredicho, pues no se ha logrado comprobar su existencia.

 

Estados cuánticos a escala macroscópica

Sin embargo, el efecto cuántico no siempre es microscópico ni ocurre en el terreno subatómico. Se puede probar a escala macroscópica a través del condensado de Bose-Einstein, que presenta características similares a las de los agujeros negros.

En una investigación de 2012, Dvali propuso que el condensado de Bose-Einstein se comportaría como un hoyo negro cuando alcance un punto de transición, al cual llamó punto crítico cuántico, justo antes del colapso de su comportamiento cuántico. Según sus cálculos, el condensado en punto crítico cuántico tendría la misma entropía (temperatura), capacidad de cifrado y tiempo de expulsión que un agujero negro. La evidencia matemática así lo demuestra; sin embargo, se mantiene el problema de cómo controlar y aplicar en la realidad macroscópica los distintos estados cuánticos del condensado.

hoyos negros discos duros memoria informacion cuantica

Sin embargo, aunque fuera posible reproducir los protocolos de almacenamiento de información de los agujeros negros en escalas humanas, otros problemas saltan a la vista. O no saltan, y precisamente ese es el problema. El mayor de ellos es la manipulación de tales estados cuánticos. El reto no es almacenar la información sino procesarla, compensar las posibles interferencias del sistema, y por supuesto, probar que un condensado creado en el laboratorio tiene efectivamente las mismas propiedades de los agujeros negros.

Las investigaciones son prometedoras, pero la ecuación que logre hacer las paces entre las leyes de la relatividad general y la mecánica cuántica no solamente logrará darnos un entendimiento más completo del universo en todas sus dimensiones: nos permitiría aprovechar, a escala humana, el protocolo de procesamiento de información más eficiente conocido por la ciencia: los agujeros negros.

 

* Imagen principal: Astronomy Stack Exchange



Poesía submarina: las mejores fotografías del Ocean Art Underwater Photography 2019

Estas fotografías son una invitación a sumergirnos para conocer otros mundos.

Últimamente la fotografía área se ha vuelto la predilecta de los aficionados de la fotografía, ya que los drones nos han permitido ver la Tierra en una hipnótica abstracción. Pero a veces olvidamos que hay otros mundos.

Las profundidades marinas son espacio de la más sublime poesía visual. De una poesía violenta, como siempre es cualquier poesía. Porque en esa suerte de galaxia submarina se libran grandes luchas: confluyen dualidades, como el orden y el caos, la luz y la oscuridad, de una manera apabullante. Algunas veces, las fotografías de National Geographic nos lo recuerdan.

Pero, ¿sabías que existe un concurso dedicado a premiar las mejores fotografías del océano?

Es el Ocean Art Underwater Photography Competition.

Este año, las fotografías ganadoras y las menciones honoríficas te harán sentir que te has sumergido en el océano y estás nadando entre las más extrañas especies que pueblan el ecosistema más grande del mundo,y te harán ver de otra manera el océano.

La selección de este concurso se divide en varias categorías: desde las más técnicas, como Gran angular, Macro y Supermacro, hasta las más educativas, como Comportamiento de la vida marina, y las más artísticas, como Arte submarino y Retrato. Incluso los moluscos nudibranquios tienen su propia categoría –aunque bien podrían tener su propio concurso–.

Aquí te mostramos una selección de fotografías del Ocean Art Underwater Photography Competition, que bien podrían despertar tu empatía por el mundo submarino, al que hemos llenado de espantoso plástico.

La mejor fotografía

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“Devil Ray Ballet”, Duncan Murrel

Fotografías ganadoras por categoría

Wide-Angle Category

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“Gentle Giants” François Baelen

Macro

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“Ancistrocheirus” Jeff Milisen

Cold Water

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“Grey Seal Face”, Greg Lecoeur

Nudibranchs

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“Inside the Eggs”, Flavio Vailati

 

Supermacro

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“Hairy Flames”, Edison So

Novice DSLR

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“Special Encounter”, Alvin Cheung

Mirrorless Wide-Angle

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“Atlantic Spotted Dolphins”, Eugene Kitsios

Mirrorless Macro

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Mirrorless Behavior

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“My Babies”, Fabrice Dudenhofer

Compact Wide-Angle

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“Dancing Jellyfish”, Melody Chuang

Compact Macro

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“Hairy Shrimp”, Sejung Jang

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“Chimaera”, Claudio Zori

Compact Behavior

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“Cannibal Crab”, PT Hirschfield

Underwater Art

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“Disco Nudi”, Bruno Van Saen

Reefscapes

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“Mangrove”, Yen-Yi Lee

Algunas menciones honoríficas

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“Waves”, Stefano Proakis
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“Croc in the Mist”, Christina Barringer
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“Sheep on the shot”, Chun Ho Tam
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“Porcelain Plume”, Wayne Jones
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“Seal face” Greg Lecoeur.

 



Científicos crean quinto estado de la materia (y eso nos acerca a la teletransportación)

En estos tiempos es difícil discernir entre ciencia real… y ciencia ficción.

No es sólido, ni gaseoso, ni plasmático. Ni siquiera es realmente líquido: el quinto estado de la materia, o condensado de Bose-Einstein, está compuesto por átomos que están al nivel más bajo de energía. Esto provoca que todos se vuelvan idénticos, actuando igual a los demás y obteniendo una forma hasta ahora desconocida.

El condensado de Bose-Einstein tiene un comportamiento colectivo:
hace de la materia un solo gran átomo.

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La única manera de obtener este quinto estado de la materia es enfriando los átomos por debajo del nivel de energía, esto es, cerca del llamado cero absoluto.

Científicos alemanes de la QUEST Leibniz Research School lograron crear el quinto estado de la materia en el espacio y que durara 6 minutos, contrario a los pocos segundos que había durado el condensado de Bose-Einstein en otros experimentos.

Se cree que el quinto estado de la materia puede tener muchas aplicaciones tecnológicas.

Por eso, los cálculos que hicieran Bose y Einstein hace décadas no han dejado de ser invocados por los científicos.

En 1995, los físicos Eric Cornell y Carl Wieman (ganadores del Premio Nobel en 2001) lograron enfriar lo suficiente los átomos como para crear el quinto estado de la materia a partir de un láser. Esta fue la primera vez que se pudo observar el condensado de Bose-Einstein. Pero como su método provocaba el movimiento de los átomos en un confinamiento magnético dependiente de la gravedad, su experimento no permitió observar el quinto estado de la materia.

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Después, en 2010, científicos del Max Planck Institute of Quantum Optics llenaron una cápsula cilíndrica del tamaño de una puerta con algunos millones de átomos de rubidio –un metal alcalino blando que se enfría más facilmente– atrapados en un chip con láseres, energía, solenoides y una cámara. Los científicos arrojaron la cápsula desde una torre: la gravedad cero durante la caída permitió generar el quinto estado de la materia en el chip de átomos, pero sólo por unos segundos, los cuales fueron captados por la cámara.

Por su parte, el experimento de los alemanes que se llevó a cabo en enero de este año es el primero que logra crear el quinto estado en el espacio. Gracias a las condiciones de baja gravedad, los investigadores pudieron extender hasta por 6 minutos la inmovilización atomística, lo que dio pie a 110 experimentos controlados remotamente.

 

La quinta materia y los nuevos horizontes tecnológicos

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Esto, junto con el reciente experimento que creó luz líquida a temperatura ambiente –que es una especie de quinto estado de la materia que se consigue a partir de luz–, abre sin duda un nuevo episodio en el desarrollo tecnológico. Gracias a sus cualidades conductoras y a su flujo inalterado, el cual permite transmitir información y energía sin desperdicio, se cree que la luz líquida podría ser el elemento central de dispositivos de teletransportación en un futuro cercano.

Aunque, por ahora, se espera que la luz líquida sirva para la producción de materiales superconductores para dispositivos como LEDs, paneles solares y láseres. Pero aunque estemos lejos de la teletransportación, no cabe duda de que cada vez cuesta más discernir entre ciencia real y ciencia ficción.