La primera medición de una secuencia
cuántica despeja una de las grandes incógnitas de esta rama de la ciencia, que
acerca la llegada del verdadero ordenador cuántico, capaz llegado el caso, de permitir la secuenciación del genoma humano en segundos.
Una investigación con liderazgo
español, del profesor del departamento de Física Aplicada de la Universidad de
Sevilla Adán Cabello (Madrid, 53 años), ha sido seleccionada como uno de los 10
hallazgos más relevantes del año recién concluido en el campo de la física. Su
medición del estado cuántico de un ion de estroncio, no solo al principio y al
final del proceso, sino también durante el mismo, de tan solo una millonésima
de segundo, ha abierto una puerta enorme a la física cuántica, rama en la que
muchos teóricos asumían hasta ahora la imposibilidad de las mediciones ideales
como una circunstancia inevitable.
La publicación científica Physics
World ha seleccionado el hallazgo de Cabello, realizado en colaboración con
Matthias Kleinmann, Fabian Pokorny, Chi Zhang, Gerard Higgins y Markus
Hennrich, físicos de las universidades de Estocolmo, Siegen (Alemania) y del
País Vasco, como uno de los avances más destacados de 2020. “Ha sido una
sorpresa. Para Matthias y para mí era una obsesión demostrar que las mediciones
ideales son posibles. Ya no es la entelequia que todo el mundo pensaba”, afirma
Cabello tras conocer la distinción.
La selección de los más importantes
descubrimientos de la física, según explica el editor de la publicación
científica, Hamish Johnston, se ha centrado en tres premisas: que supongan un
“avance significativo en el conocimiento”, que sean “relevantes para el
progreso científico y con aplicaciones en el mundo real” y que hayan suscitado
el interés de la comunidad investigadora. Estos son los 10 hallazgos seleccionados:
Emisor de luz basado en silicio.
Esta investigación ha sido considerada
como la más relevante del año por Physics World. Elham Fadaly, Alain Dijkstra y
Erik Bakkers, de la Universidad Tecnológica de Eindhoven (Holanda); y Jens Renó
Suckert, de la Friedrich-Schiller-Universitét Jena de Alemania, han creado un
material, a partir de la aleación de silicio y germanio con una estructura de
cristal hexagonal, que emite luz en longitudes de onda utilizadas para las
telecomunicaciones ópticas. Además de tener aplicaciones en telecomunicaciones
y computación óptica, el nuevo material podría utilizarse para crear sensores
químicos.
La película jamás tomada de una
secuencia cuántica en una millonésima de segundo.
Gerhart Lüders (Hamburgo, 1920-
Gotinga, 1995) estableció que, para que la mecánica cuántica fuese consistente,
las mediciones ideales tenían que existir. Y esta ha sido la obsesión de Adán
Cabello y su equipo. Hasta el experimento liderado por el investigador español,
muchos físicos asumían que la medición cambia el estado (cuántico) del sistema
que se mide y que este es instantáneo. Pero la investigación de este equipo
europeo, publicada en Physical Review Letters, ha demostrado que no es así, que
existe una sucesión, que es medible y que esta deja el sistema en un estado,
quizá diferente, pero también de máxima información.
“Hemos demostrado que lo que puede
ocurrir en la naturaleza sucede desde el punto de vista lógico y que se puede
avanzar con mediciones ideales, que no son imposibles, que se puede tener un
gran control de un proceso de medición cuántica. Esto hace las cosas mucho más
claras, te da paz espiritual”, comenta Cabello.
El descubrimiento no solo acaba con
los prejuicios de algunos físicos, abriendo el campo de la investigación, sino
que tiene aplicaciones inmediatas en una de las próximas revoluciones: la
computación cuántica. El hallazgo permite investigar cómo aparece el ruido que
afecta a los computadores cuánticos y qué hace que estos no puedan desplegar
todo su potencial.
Correlaciones cuánticas entre la luz y
los espejos de LIGO.
Cabello cree que ya es importante
compartir la distinción de su hallazgo con otros como los de Haocun Yu y Lee
McCuller, del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), también
relacionados con la física cuántica. Según el principio de incertidumbre
enunciado por el físico teórico alemán Werner Heisenberg en 1927, cuanta mayor
certeza se busca en determinar la posición de una partícula, menos se conoce su
momento lineal, masa y velocidad. Los dos investigadores del MIT han demostrado
cómo superar el límite cuántico estándar al introducir correlaciones entre la
incertidumbre de posición/momento del objeto y la incertidumbre de número/fase
de fotón de la luz que refleja. Este tipo de correlación cuántica se produce en
el Observatorio de Ondas Gravitacionales (LIGO) y permite una mejor detección
de ondas gravitacionales (deformaciones del espacio-tiempo) por parte de este
instrumento y de otros observatorios.
Observación de neutrinos del ciclo
carbono-nitrógeno-oxígeno (CNO) en el Sol.
El experimento Borexino de física de
partículas ha confirmado una teoría propuesta hace más de 80 años. Este detector,
instalado en el laboratorio subterráneo de Gran Sasso (cerca de Roma), permite
medir el flujo de neutrinos solares con alta precisión, conocer los procesos de
fusión nuclear que se dan en el centro del astro y determinar propiedades de la
propagación y oscilación de neutrinos.
Primera observación de un cristal
líquido “nemático ferroeléctrico”.
El Centro de Investigación de
Materiales Blandos (SMRC) de la Universidad de Colorado Boulder ha descubierto
la fase de la materia denominada “nemática ferroeléctrica” y que se planteó
hace un siglo. Noel Clark, profesor de física y director del SMRC, ha
demostrado su descubrimiento al aplicar un campo eléctrico débil a una molécula
orgánica conocida como RM734. “El descubrimiento podría abrir una gran cantidad
de innovaciones tecnológicas, desde nuevos tipos de pantallas hasta la memoria
reinventada de la computadora”, ha afirmado Clark.
Detectores de rayos X con perovskita.
Wanyi Nie, del Laboratorio Nacional de
Los Álamos, ha desarrollado un detector de rayos X hasta 100 veces más sensible
que los de silicio a raíz del uso de perovskitas de película delgada, que
aporta entre 10 y 40 veces más capacidad de absorción. Este nuevo tipo de
detector de rayos X permite obtener imágenes a dosis de radiación extremadamente
bajas.
Constantes fundamentales del límite en
la velocidad del sonido.
Kostya Trachenko, de la Universidad
Queen Mary de Londres; Bartomeu Monserrat y Chris Pickard, de la Universidad de
Cambridge; y Vadim Brazhkin, de la Academia Rusa de Ciencias, han demostrado
que el límite superior de la velocidad del sonido en sólidos y líquidos depende
de dos constantes fundamentales adimensionales: la de estructura fina y la
relación de masa protón-electrón. Según sus cálculos, la velocidad del sonido
más rápida posible es de 36 kilómetros por segundo, según publicaron en Science
Advances. “Las ondas sonoras en los sólidos ya son muy importantes en muchos
campos científicos. Por ejemplo, los sismólogos utilizan ondas sonoras
iniciadas por terremotos en las profundidades del interior de la Tierra para
comprender la naturaleza de la sísmica y las propiedades de la composición de
la Tierra. También son de interés para los científicos de materiales porque las
ondas sonoras están relacionadas con importantes propiedades elásticas,
incluida la capacidad de resistir el estrés”, explicó Chris Pickard, profesor
de ciencia de los materiales en la Universidad de Cambridge.
Propagación de la luz.
Andrea Alá, Qiaoliang Bao, Cheng-Wei
Qiu y un equipo internacional de colaboradores de las universidades de Nueva
York, Nacional de Singapur, Monash, de Geociencias de China y Texas han
demostrado que es posible la propagación de la luz libre de dispersión y
difracción. Esta investigación tiene importantes implicaciones en la obtención
de nanoimágenes, óptica cuántica, computación y procesamiento de señales
ópticas de baja energía.
Haces mixtos para luchar contra el
cáncer.
Joao Seco, del Centro Alemán de Investigación
del Cáncer en Heidelberg, y Simon Jolly, del University College de Londres, han
demostrado que el uso de haces mixtos de iones de carbono, para la irradiación
de un tumor, y de helio permiten una administración más precisa de la terapia.
El primer superconductor a temperatura
ambiente.
Investigadores de las Universidades de
Rochester y de Nevada han conseguido desarrollar un material superconductor a
temperatura ambiente. En concreto han conseguido la superconductividad a
temperaturas de hasta 15 grados centígrados y en un material rico en hidrógeno
a alta presión.
Fuente: El Pais.com
