Los científicos del NIST han introducido un dispositivo de «interruptor de palanca» para computadoras cuánticas que ajusta las conexiones entre los qubits y un resonador de lectura. El dispositivo supera desafíos como el ruido y las limitaciones de reprogramación, allanando el camino para una computación cuántica más flexible y precisa.
El nuevo dispositivo podría conducir a procesadores cuánticos más versátiles con resultados más limpios.
¿De qué sirve una computadora poderosa si no puede leer su salida? ¿O reprogramarlo fácilmente para hacer diferentes trabajos? Las personas que diseñan computadoras cuánticas enfrentan estos desafíos, y un nuevo dispositivo podría facilitar su solución.
Presentado por un equipo de científicos del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST), el dispositivo consta de dos bits cuánticos superconductores, o qubits, que son el análogo de una computadora cuántica a los bits lógicos del chip de procesamiento de una computadora clásica. El corazón de esta nueva estrategia es un dispositivo de «interruptor de palanca» que conecta los qubits a un circuito llamado «resonador de lectura» que puede leer la salida de los cálculos de los qubits.
El mecanismo del interruptor de palanca
Este interruptor de palanca se puede cambiar a diferentes estados para ajustar la fuerza de las conexiones entre los qubits y el resonador de lectura. Cuando está deshabilitado, los tres elementos están aislados entre sí. Cuando se enciende el interruptor para conectar los dos qubits, pueden interactuar y realizar cálculos. Una vez que se completan los cálculos, el interruptor de palanca puede conectar uno de los qubits y el resonador de lectura para recuperar los resultados.
Tener un interruptor de palanca programable contribuye en gran medida a reducir el ruido, un problema común en los circuitos de computación cuántica que dificulta que los cúbits realicen cálculos y muestren claramente sus resultados.
Esta foto muestra el área de trabajo central del dispositivo. En la parte inferior, los tres grandes rectángulos (azul claro) representan los dos bits cuánticos, o qubits, a derecha e izquierda y el resonador en el centro. En la sección superior ampliada, el paso de las microondas a través de la antena (gran rectángulo azul oscuro en la parte inferior) induce un campo magnético en el bucle SQUID (pequeño cuadrado blanco en el centro, cuyos lados miden unos 20 micrómetros). El campo magnético activa el interruptor de palanca. La frecuencia y la amplitud de las microondas determinan la posición del interruptor y la fuerza de la conexión entre los qubits y el resonador. Crédito: R. Simmonds/NIST
Rendimiento y fidelidad mejorados
«El objetivo es mantener contentos a los qubits para que puedan calcular sin distracciones, y aún así poder leerlos cuando queramos», dijo Ray Simmonds, físico del NIST y uno de los autores del artículo. . «Esta arquitectura de dispositivo ayuda a proteger los qubits y promete mejorar nuestra capacidad para realizar las mediciones de alta fidelidad necesarias para construir procesadores de información cuántica a partir de qubits».
El equipo, que también incluye científicos de la Universidad de Massachusetts Lowell, la Universidad de Colorado en Boulder y Raytheon BBN Technologies, describe sus hallazgos en un artículo publicado recientemente en la revista Física Natural.
Computación cuántica: estado actual y desafíos
Las computadoras cuánticas, que aún se encuentran en una etapa incipiente de desarrollo, explotarían las extrañas propiedades de la mecánica cuántica para realizar tareas que incluso nuestras computadoras clásicas más poderosas encuentran intratables, como ayudar en el desarrollo de nuevos medicamentos mediante la realización de simulaciones sofisticadas de interacciones químicas. . .
Sin embargo, los diseñadores de computadoras cuánticas todavía enfrentan muchos problemas. Uno de ellos es que los circuitos cuánticos son empujados por ruido externo o incluso interno, que proviene de fallas en los materiales utilizados para fabricar computadoras. Este ruido es esencialmente un comportamiento aleatorio que puede crear errores en los cálculos de qubit.
El problema del ruido en la computación cuántica
Los qubits actuales son inherentemente ruidosos, pero ese no es el único problema. Muchos diseños de computadoras cuánticas tienen lo que se llama una arquitectura estática, donde cada qubit en el procesador está físicamente conectado a sus vecinos y su resonador de lectura. El cableado fabricado que conecta los qubits entre sí y con su reproducción puede exponerlos a aún más ruido.
Estas arquitecturas estáticas tienen otro inconveniente: no se pueden reprogramar fácilmente. Los qubits en una arquitectura estática podrían realizar algunas tareas relacionadas, pero para que la computadora pueda realizar una gama más amplia de tareas, tendría que intercambiar un diseño de procesador diferente con una organización o diseño de qubit diferente. (Imagínese cambiar el chip de su computadora portátil cada vez que necesite usar un software diferente, luego considere mantener el chip un poco por encima cero absolutoy entiendes por qué podría ser un inconveniente.)
La solución de interruptor de palanca programable
El interruptor de palanca programable del equipo evita ambos problemas. En primer lugar, evita que el ruido del circuito se filtre en el sistema a través del resonador de lectura y evita que los qubits tengan una conversación entre sí cuando se supone que deben estar en silencio.
«Esto reduce una fuente clave de ruido en una computadora cuántica», dijo Simmonds.
En segundo lugar, la apertura y el cierre de los interruptores entre los elementos se controla mediante un tren de pulsos de microondas enviados de forma remota, en lugar de las conexiones físicas de una arquitectura estática. La integración de más de estos interruptores de palanca podría formar la base de una computadora cuántica programable más fácilmente. Los pulsos de microondas también pueden establecer el orden y la secuencia de las operaciones lógicas, lo que significa que un chip construido con muchos de los interruptores de palanca del equipo podría encargarse de realizar cualquier cantidad de tareas.
«Hace que el chip sea programable», dijo Simmonds. «En lugar de tener una arquitectura completamente fija en el chip, puede realizar cambios a través del software».
Beneficios adicionales y direcciones futuras
Una ventaja final es que el interruptor de palanca también puede permitir la medición de ambos qubits al mismo tiempo. Esta capacidad de pedir a los dos qubits que se revelen como pareja es importante para rastrear errores de cálculo cuánticos.
Los qubits de esta demostración, así como el interruptor de palanca y el circuito de lectura, estaban hechos de componentes superconductores que conducen la electricidad sin resistencia y deben operar a temperaturas muy bajas. El interruptor de palanca en sí está hecho de un dispositivo de interferencia cuántica superconductor, o «SQUID», que es muy sensible a los campos magnéticos que pasan a través de su bucle. Conducir una corriente de microondas a través de un bucle de antena cercano puede inducir interacciones entre los qubits y el resonador de lectura cuando sea necesario.
En este punto, el equipo solo ha estado trabajando con dos qubits y un solo resonador de lectura, pero Simmonds dijo que están preparando un diseño con tres qubits y un resonador de lectura, y también planea agregar más qubits y resonadores. La investigación adicional podría ofrecer información sobre cómo encadenar muchos de estos dispositivos, lo que podría proporcionar una forma de construir una poderosa computadora cuántica con suficientes qubits para resolver los tipos de problemas que, por ahora, son insuperables.
Referencia: «Fuertes cambios dispersivos paramétricos en un sistema QED de cavidad de dos qubits desacoplados estáticamente» por T. Noh, Z. Xiao, XY Jin, K. Cicak, E. Doucet, J. Aumentado, LCG Govia, L. Ranzani, A Kamal y RW Simmonds, 26 de junio de 2023, Física Natural. DOI: 10.1038/s41567-023-02107-2
El 5 de julio de 2023, el lanzador Ariane 5 realizó su último vuelo, poniendo así fin a los 27 años de carrera del que fue el primer cohete pesado de Europa. Casi diez meses después, Arianespace vuelve a la plataforma de lanzamiento con su nuevo caballo de batalla avanzado para el transporte pesado: el Ariane 6.
Por primera vez, el núcleo central y los propulsores del Ariane 6 fueron entregados a la plataforma de lanzamiento ELA-4 en Kourou, Guayana Francesa, marcando oficialmente el inicio de la campaña de lanzamiento inaugural.
El miércoles 24 de abril, el núcleo central del cohete, compuesto por el propulsor principal y la etapa superior, fue transportado 800 metros desde el edificio de montaje del lanzador hasta la plataforma ELA-4, donde fue instalado sobre la mesa de lanzamiento mediante una grúa. y con la asistencia de vehículos de guiado automático (AGV).
Durante los dos días siguientes, Arianespace trabajó para entregar los dos propulsores de cohetes de estado sólido P120C del vehículo a la plataforma y luego montarlos en la mesa de lanzamiento a cada lado del núcleo central. Esta es la configuración del Ariane 62 que realizará la primera misión del vehículo.
El primer cohete propulsor sólido Ariane 6 se transporta al sitio de lanzamiento ELA-4 para su integración. (Crédito: ESA/ArianeGroup/CNES)
Al igual que su predecesor, el Ariane 6 tiene un diseño de dos etapas, propulsado por motores que queman hidrógeno líquido y oxígeno líquido. La primera etapa está equipada con un motor Vulcain 2.1, una versión mejorada del motor Vulcain 2 que volaba en el Ariane 5. La segunda etapa, por su parte, está equipada con un motor Vinci de nuevo diseño, capaz de producir 180 kN de empuje en una aspiradora.
Ariane 6 está configurado para volar con un solo par o dos pares de propulsores de cohetes sólidos P120C, que producen un porcentaje importante del empuje total en el despegue. Cada propulsor contiene 142 toneladas de propulsor sólido y puede generar hasta 4.650 kN de empuje.
La capacidad de carga del Ariane 6 varía según la configuración de vuelo utilizada. La versión Ariane 62 que utiliza dos propulsores es capaz de transportar hasta 10.350 kg a la órbita terrestre baja (LEO) y 4.500 kg a la órbita de transferencia geoestacionaria (GTO), mientras que la variante Ariane 64 con cuatro propulsores puede colocar hasta 21.500 kg en órbita baja. Órbita terrestre (LEO). y 11.500 kg en GTO.
«El lanzamiento del Ariane 6 y la restauración del acceso de Europa al espacio son una prioridad absoluta para la ESA a la hora de reanudar los lanzamientos regulares de cohetes desde el puerto espacial europeo», afirmó el director general de la ESA, Josef Aschbacher. “Juntar las etapas del cohete en la plataforma de lanzamiento marca el inicio de una campaña de lanzamiento y muestra que ya casi llegamos; Pronto veremos esta belleza elevarse hacia el cielo.
El siguiente paso en la campaña inicial del Ariane 6 es acoplar los propulsores P120C al núcleo central, actuando como mecanismo de soporte para la pila de lanzamiento. Una vez ensamblados, los equipos realizarán las conexiones mecánicas y eléctricas necesarias.
Luego, para completar el primer Ariane 6, sólo quedará instalar el carenado con las cargas útiles encapsuladas en su interior. Esto tendrá lugar unas semanas antes de la fecha de lanzamiento prevista.
Estas operaciones de integración de vehículos se llevaron a cabo bajo la jurisdicción primaria de la ESA, con el apoyo de ArianeGroup y la agencia espacial francesa CNES.
«Ver el nuevo lanzador europeo en la plataforma de lanzamiento marca la finalización de años de trabajo en las oficinas de diseño y plantas de producción de ArianeGroup y de todos nuestros socios industriales en Europa», dijo Martin Sion, director ejecutivo de ArianeGroup. “Este evento marca también el inicio de una nueva etapa de la campaña de primeros vuelos, con todos los desafíos y complejidades que esto conlleva. Los miembros de nuestro Space Team Europe están poniendo todo su conocimiento y experiencia para que este primer vuelo sea un completo éxito.
El primer núcleo central de Ariane 6 está a punto de ser integrado. (Crédito: ESA/ArianeGroup/CNES)
Ariane 6 está diseñado para poder lanzar varias configuraciones de misión. Estas podrían variar desde misiones LEO que involucran constelaciones de satélites hasta misiones Galileo de lanzamiento dual en órbita terrestre media (MEO), lanzamiento único y lanzamiento dual de satélites geosincrónicos/geoestacionarios.
Para su primer lanzamiento, Ariane 6 intentará entregar un conjunto de pequeñas cargas útiles y experimentos a LEO para clientes como la ESA, la NASA, universidades europeas y varias empresas comerciales.
Algunas cargas útiles constan de CubeSats, mientras que otras permanecerán unidas a la etapa superior para documentar la misión. Dos cargas útiles regresarán a la Tierra en forma de cápsulas de reentrada, diseñadas para probar nuevos materiales.
Arianespace y la ESA apuntan actualmente a una ventana entre el 15 de junio y el 31 de julio de 2024 para el primer vuelo de Ariane 6.
“El programa Ariane 6 entra ahora en su recta final antes del vuelo inaugural desde el Puerto Espacial Europeo en la Guayana Francesa. La soberanía europea sobre el acceso al espacio vuelve a ser posible gracias al duro trabajo de los equipos de la ESA, ArianeGroup y CNES”, declaró Philippe Baptiste, director general del CNES. “Me gustaría agradecerles y enviarles mis mejores deseos para las etapas finales. ¡Vamos Ariane 6!
(Imagen principal: El primer núcleo central de Ariane 6 se encuentra dentro del edificio móvil del complejo de lanzamiento ELA-4 en Kourou en preparación para su lanzamiento inaugural. Crédito: ESA/ArianeGroup/CNES)
Los científicos se están centrando en detectar sulfuro de dimetilo (DMS) en su atmósfera.
El Telescopio Espacial James Webb (JWST), el telescopio más potente jamás lanzado, está a punto de comenzar una misión de observación crucial en la búsqueda de vida extraterrestre.
Como se informó Los tiempos, El telescopio enfocará un planeta distante que orbita una estrella enana roja, K2-18b, ubicada a 124 años luz de distancia.
K2-18b ha atraído la atención de los científicos debido a su potencial para albergar vida. Se cree que es un mundo cubierto de océanos que es aproximadamente 2,6 veces más grande que la Tierra.
El elemento clave que buscan los científicos es el sulfuro de dimetilo (DMS), un gas con características fascinantes. Según la NASA, en la Tierra el DMS es “producido únicamente por la vida”, principalmente por el fitoplancton marino.
La presencia de DMS en la atmósfera de K2-18b sería un descubrimiento importante, aunque el Dr. Nikku Madhusudhan, astrofísico principal del estudio en Cambridge, advierte contra sacar conclusiones precipitadas. Aunque los datos preliminares del JWST sugieren una alta probabilidad (más del 50%) de la presencia de DMS, se necesitan más análisis. El telescopio pasará ocho horas observando este viernes, seguidas de meses de procesamiento de datos antes de poder encontrar una respuesta definitiva.
La ausencia de un proceso natural, geológico o químico que se sepa que genera DMS en ausencia de vida añade peso al entusiasmo. Sin embargo, incluso si se confirma, la gran distancia de K2-18b presenta un obstáculo tecnológico. Viajando a la velocidad de la nave espacial Voyager (60.000 kilómetros por hora), una sonda tardaría 2,2 millones de años en llegar al planeta.
A pesar de la inmensa distancia, la capacidad del JWST para analizar la composición química de la atmósfera de un planeta mediante el análisis espectral de la luz de las estrellas que se filtra a través de sus nubes proporciona una nueva ventana al potencial de vida más allá de la Tierra. Esta misión tiene el potencial de responder a la antigua pregunta de si estamos realmente solos en el universo.
Las próximas observaciones también pretenden aclarar la existencia de metano y dióxido de carbono en la atmósfera de K2-18b, resolviendo potencialmente el «problema de metano faltante» que ha desconcertado a los científicos durante más de una década. Si bien continúa el trabajo teórico sobre las fuentes no biológicas del gas, se esperan conclusiones definitivas dentro de cuatro a seis meses.
Los astronautas del primer Starliner completan el ensayo general antes del lanzamiento el 6 de mayo.
Los astronautas de la NASA Butch Wilmore y Suni Williams completaron un importante ensayo general antes de su histórico lanzamiento en Boeing Starliner no antes del 6 de mayo, anunciaron funcionarios de la agencia el viernes 26 de abril, horas después de que terminara el ensayo.
«Wilmore y Williams completaron una serie de pasos el día del lanzamiento, incluido vestirse, trabajar en un simulador de cabina y utilizar el mismo software que se utilizará durante el lanzamiento», añadió. Los funcionarios de la NASA escribieron en una publicación de blog el viernes 26 de abril.
El ensayo tuvo lugar en el Centro Espacial Kennedy de la NASA en Orlando, Florida, e incluyó un procedimiento de cuenta atrás con la nave espacial Starliner, que se encuentra encima del cohete Atlas V de United Launch Alliance que lo llevará a la Estación Espacial Internacional (ISS).
La prueba de vuelo tripulada de una semana de duración completó con éxito su revisión final de preparación para el vuelo con la NASA el jueves 25 de abril. CFT, la primera misión Starliner con astronautas, tiene como objetivo certificar la nave espacial para misiones de seis meses a la ISS que podrían comenzar ya en 2025. Lea más sobre el lanzamiento de Starliner aquí en Space.com.
Los astronautas de Starliner llegan al sitio de lanzamiento
Los astronautas de la prueba de vuelo de la tripulación de Boeing Butch Wilmore (izquierda) y Suni Williams, ambos de la NASA, llegan al Centro Espacial Kennedy de la agencia en Florida el 25 de abril a bordo de un avión T-38 antes de su lanzamiento. (Crédito de la imagen: NASA)
Los dos astronautas de la NASA que volarán a bordo de la primera nave espacial Starliner tripulada de Boeing han llegado al Centro Espacial Kennedy en Florida para preparar su histórico lanzamiento a la Estación Espacial Internacional el próximo 6 de mayo.
El comandante de pruebas de vuelo de la tripulación del Boeing Starliner, Butch Wilmore, y la piloto Sunita Williams aterrizaron su avión supersónico T-38 de la NASA en el Centro de Lanzamiento y Aterrizaje del centro espacial después de un corto vuelo desde Ellington Field en Houston, cerca del Centro Espacial Johnson.
Los astronautas se lanzarán a la ISS a bordo del Starliner de Boeing y un cohete Atlas V desde el Complejo de Lanzamiento Espacial 41 en la Estación Espacial de Cabo Cañaveral, cerca de KSC. Su misión de una semana a la ISS es un crucero de prueba final para que el Starliner de Boeing demuestre que está listo para los vuelos operativos de la tripulación de la NASA. Al final de la misión, Starliner se lanzará en paracaídas a la Tierra y aterrizará en el suroeste de Estados Unidos.
