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La inteligencia artificial cuántica de Google trenza los anyons no abelianos: un avance que podría revolucionar la computación cuántica

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La inteligencia artificial cuántica de Google trenza los anyons no abelianos: un avance que podría revolucionar la computación cuántica

Los investigadores pudieron observar por primera vez los curiosos efectos del trenzado de anyones no abelianos. Crédito: IA cuántica de Google

Google Quantum AI ha observado anyons no abelianos por primera vez, un avance que podría revolucionar[{» attribute=»»>quantum computing by making it more robust to noise and leading to topological quantum computation.

Our intuition tells us that it should be impossible to see whether two identical objects have been swapped back and forth, and for all particles observed to date, that has been the case. Until now.

Non-Abelian anyons — the only particles that have been predicted to break this rule — have been sought for their fascinating features and their potential to revolutionize quantum computing by making the operations more robust to noise. Microsoft and others have chosen this approach for their quantum computing effort. But after decades of efforts by researchers in the field, observing non-Abelian anyons and their strange behavior has proven challenging, to say the least.

In a paper published in the journal Nature on May 11, researchers at Google Quantum AI announced that they had used one of their superconducting quantum processors to observe the peculiar behavior of non-Abelian anyons for the first time ever. They also demonstrated how this phenomenon could be used to perform quantum computations. Earlier this week the quantum computing company Quantinuum released another study on the topic, complementing Google’s initial discovery. These new results open a new path toward topological quantum computation, in which operations are achieved by winding non-Abelian anyons around each other like strings in a braid.

Google Quantum AI team member and first author of the manuscript, Trond I. Andersen says, “Observing the bizarre behavior of non-Abelian anyons for the first time really highlights the type of exciting phenomena we can now access with quantum computers.”

Imagine you’re shown two identical objects and then asked to close your eyes. Open them again, and you see the same two objects. How can you determine if they have been swapped? Intuition says that if the objects are truly identical, there is no way to tell.

Quantum mechanics supports this intuition, but only in our familiar three-dimensional world. If the identical objects are restricted to only move in a two-dimensional plane, sometimes, our intuition can fail and quantum mechanics allows for something bizarre: non-Abelian anyons retain a sort of memory — it is possible to tell when two of them have been exchanged, despite being completely identical.

This “memory” of the non-Abelian anyons can be thought of as a continuous line in space-time: the particle’s so-called “world-line.” When two non-Abelian anyons are exchanged, their world-lines wrap around one another. Wrap them in the right way, and the resulting knots and braids form the basic operations of a topological quantum computer.

The team started by preparing their superconducting qubits in an entangled quantum state that is well represented as a checkerboard — a familiar configuration for the Google team, who recently demonstrated a milestone in quantum error correction using this setup. In the checkerboard arrangement, related — but less useful — particles called Abelian anyons can emerge.

To realize non-Abelian anyons, the researchers stretched and squashed the quantum state of their qubits to transform the checkered pattern into oddly shaped polygons. Particular vertices in these polygons hosted the non-Abelian anyons. Using a protocol developed by Eun-Ah Kim at Cornell University and former postdoc Yuri Lensky, the team could then move the non-Abelian anyons around by continuing to deform the lattice and shifting the locations of the non-Abelian vertices.

In a series of experiments, the researchers at Google observed the behavior of these non-Abelian anyons and how they interacted with the more mundane Abelian anyons. Weaving the two types of particles around one another yielded bizarre phenomena — particles mysteriously disappeared, reappeared and shapeshifted from one type to another as they wound around one another and collided. Most importantly, the team observed the hallmark of non-Abelian anyons: when two of them were swapped, it caused a measurable change in the quantum state of their system — a striking phenomenon that had never been observed before.

Finally, the team demonstrated how braiding of non-Abelian anyons might be used in quantum computations. By braiding several non-Abelian anyons together, they were able to create a well-known quantum entangled state called the Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ) state.

The physics of non-Abelian particles is also at the core of the approach that Microsoft has chosen for its quantum computing effort. While they are attempting to engineer material systems that intrinsically host these anyons, the Google team has now shown that the same type of physics can be realized on their superconducting processors.

Last week the quantum computing company Quantinuum released an impressive complementary study that also demonstrated non-Abelian braiding, in this case using a trapped-ion quantum processor. Andersen is excited to see other quantum computing groups observing non-Abelian braiding as well. He says, “It will be very interesting to see how non-Abelian anyons are employed in quantum computing in the future, and whether their peculiar behavior can hold the key to fault-tolerant topological quantum computing.”

Reference: “Non-Abelian braiding of graph vertices in a superconducting processor” by Google Quantum AI and Collaborators, 11 May 2023, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-023-05954-4

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El asteroide Apophis se acercará a la Tierra en 2029

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El espectáculo de la lluvia de meteoritos de las Perseidas ilumina el cielo nocturno

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El espectáculo de la lluvia de meteoritos de las Perseidas ilumina el cielo nocturno

La lluvia de meteoritos de las Perseidas de 2024 alcanzará su punto máximo del 11 al 12 de agosto y podrá disfrutarse lejos de las luces de la ciudad después de que la luna se ponga temprano en la noche. Prepárese para temperaturas frescas y lleve suministros a un evento de observación local para pasar una noche cómoda e impresionante bajo los meteoros. (Concepto del artista). Crédito: SciTechDaily.com

La lluvia de meteoritos de las Perseidas de 2024, que alcanzará su punto máximo la noche del 11 de agosto, promete un espectáculo impresionante, aunque la visibilidad podría verse ligeramente obstaculizada por la luna creciente.

Las condiciones ideales para verlo incluyen cielos oscuros y despejados, lejos de las luces de la ciudad, y la mejor manera de aprovechar la lluvia es asistir a una fiesta de observación local, mantenerse abrigado y tener paciencia. Recursos útiles de NASA y otros sitios de astronomía ofrecen consejos y herramientas para rastrear los picos de lluvia.

Lluvia de meteoritos de las Perseidas de 2024

¿Estás listo para las Perseidas de 2024? Se espera que su pico sea en la noche del 11 de agosto a la mañana del 12 de agosto, con buena visibilidad las noches anteriores y posteriores. ¡Es posible que ya hayas visto algunas Perseidas surcando el cielo de verano!

Esta lluvia, parte del flujo de escombros del cometa. Swift-TuttleEn realidad, comienza a mediados o finales de julio y dura hasta la mayor parte de agosto. Si bien la mayoría de estas noches solo presentan unos pocos meteoros por hora, el pico de las Perseidas trae muchos, muchos más. ¿Cuánto más? En realidad, el número varía cada año; puede que sólo haya unas pocas docenas por hora, pero algunos años raros traen una breve «explosión» de hasta doscientas hermosas «estrellas fugaces» por hora.

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Condiciones y horarios de visualización

Este año las Perseidas se verán ligeramente afectadas por una Luna creciente del 53%, ¡pero la Luna se pondrá correctamente cuando las Perseidas comiencen a alcanzar su punto máximo! Esto significa que si estás en un área libre de contaminación lumínica y tienes cielos despejados, ¡es posible que puedas ver varios meteoros durante la noche! ¿Cuántos podrás ver? Sólo hay una manera de experimentar el poder de las Perseidas por ti mismo este año: ¡sal y observa pacientemente!

Consejos para mejorar su experiencia visual

Tenemos algunos consejos para ayudarle a aprovechar al máximo su experiencia de observación de lluvias de meteoritos:

  • ¡Salir de la ciudad! Intenta ir al lugar más oscuro posible. Cuanto más oscuro esté, más meteoros verás cruzando el cielo.
  • Consulta la previsión meteorológica para esa noche. Es posible que deba observar dos o tres áreas para obtener pronósticos de niebla, nubes y temperatura. Algunos sitios meteorológicos incluso ofrecen pronósticos especialmente adaptados para observar el cielo. Asegúrate de tener cielos despejados para acompañar a los cielos oscuros.
  • ¡Encuentra una fiesta de lluvia de meteoritos! Asista a una reunión de personas con ideas afines en un parque local o a un evento organizado por un club de astronomía local, ¡especialmente si es su primera vez! Encuentre un festival de Perseidas buscando en la red Night Sky para clubes cerca de tio por buscar eventos cerca de ti
  • Manténgase abrigado y cómodo al aire libre: ¡esté preparado! Estarás bastante tiempo afuera y querrás recostarte boca arriba para aprovechar el cielo. Para mantenerte abrigado, trae manta, chaqueta, gorro, bebida caliente y agua. Quizás pienses que es una tontería traer ropa abrigada en pleno verano, pero a altas horas de la noche la temperatura puede bajar lo suficiente como para hacer fresco. Si estás en una zona donde hay muchos insectos, querrás aplicar repelente de insectos para evitar picaduras irritantes.
  • ¡Trae a tus amigos y familiares! ¡La compañía bajo un cielo estrellado es maravillosa y tiene el beneficio adicional de que hay más ojos puestos en el cielo! Los grupos pueden detectar más meteoros que individuos individuales y ayudarse mutuamente a encontrar «puntos calientes» en el cielo. (Además, si estás en la naturaleza y en la oscuridad, una buena compañía te ayudará a sentirte más seguro).
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Recursos e información adicionales

Para obtener más información sobre una de nuestras lluvias de meteoritos favoritas, consulte Página de la NASA sobre las Perseidas Y La gran guía de observación de EarthSky. También deberías consultar JPLEl vídeo «¿Qué hay de nuevo?» » de agosto de 2023 de Preston Dyches (incluido arriba) ofrece excelentes consejos sobre cómo observar las Perseidas, así como otros objetos para buscar en el cielo nocturno mientras espera estos rastros brillantes. También puedes utilizar el vídeo de la NASA. Aplicación de la actividad de lluvia de meteoritos “Fluximator” para intentar predecir cuándo ocurrirá el pico de actividad en su área. También tenemos un documento que puedes utilizar durante tus veladas de observación de estrellas y eventos de sensibilización: Atención ! es una lluvia de meteoritos página de recursos.

¡Diviértete y que el cielo esté despejado y el clima sea agradable para tu fiesta de lluvia de meteoritos!

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La parte más peligrosa de una misión espacial es el fuego.

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La parte más peligrosa de una misión espacial es el fuego.

Los astronautas enfrentan muchos riesgos durante los vuelos espaciales, como la microgravedad y la exposición a la radiación. La microgravedad puede disminuir la densidad ósea y la exposición a la radiación es cancerígena. Sin embargo, estos son efectos crónicos.

El mayor riesgo para los astronautas es el incendio, porque sería difícil escapar durante una misión larga a Marte o a otro lugar más allá de la órbita terrestre baja. Los científicos estudian el comportamiento del fuego a bordo de naves espaciales para proteger a los astronautas.

Los científicos del Centro de Tecnología Espacial Aplicada y Microgravedad (ZARM) de la Universidad de Bremen estudian los riesgos de incendio a bordo de naves espaciales. Publicaron un nuevo estudio en las Actas del Instituto de Combustión titulado “Efecto de la concentración de oxígeno, la presión y la velocidad del flujo opuesto sobre la propagación de la llama a lo largo de láminas delgadas de PMMA.“El autor principal es Hans-Christoph Ries.

«Un incendio a bordo de una nave espacial es uno de los escenarios más peligrosos en las misiones espaciales», explica el Dr. Florian Meyer, jefe del grupo de investigación de tecnología de combustión de ZARM. “Prácticamente no existe ninguna posibilidad de ponerse a salvo o escapar de una nave espacial. Por tanto, es fundamental comprender el comportamiento de los incendios en estas condiciones particulares. »

Desde 2016, ZARM estudia el comportamiento y la propagación del fuego en condiciones de microgravedad como las de la ISS. Estas condiciones también incluyen un nivel de oxígeno similar al de la Tierra, circulación de aire forzada y presión ambiental similar a la de la Tierra. La NASA tiene realizar experimentos similaresy ahora sabemos que el fuego se comporta de manera diferente en microgravedad que en la Tierra.

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Inicialmente, un incendio arde con una llama más pequeña y tarda más en propagarse. Esto tiene una ventaja para el incendio porque no se detectará tan rápidamente. El fuego también arde a mayor temperatura en microgravedad, lo que significa que algunos materiales que no son combustibles en condiciones normales de la Tierra podrían arder en una nave espacial, creando sustancias químicas tóxicas en el aire de la nave.

Las naves espaciales destinadas a misiones a Marte operarán en un entorno diferente al de la ISS. La presión del aire ambiente será menor, lo que tiene dos beneficios: hace que la nave espacial sea más liviana y permite a los astronautas prepararse para misiones externas más rápidamente. Sin embargo, la menor presión ambiental introduce otro cambio crítico en el entorno de la nave espacial. El contenido de oxígeno debe ser mayor para satisfacer las necesidades respiratorias de los astronautas.

En estas últimas pruebas, el equipo ZARM probó el fuego en estas condiciones revisadas.

PMMA significa polimetacrilato de metilo y generalmente se denomina acrílico. Es un material de uso común en lugar del vidrio porque es liviano e irrompible. La ISS no lo utiliza, pero se está desarrollando para su uso en futuras naves espaciales. La cápsula de Orión utiliza acrílico fusionado con otros materiales para las ventanas, y es probable que las futuras naves espaciales utilicen algo similar.

En sus experimentos, los investigadores prendieron fuego a láminas de vidrio acrílico y variaron tres factores ambientales: presión ambiental, contenido de oxígeno y velocidad del flujo.

Esta tabla en la figura es la matriz de prueba para los experimentos. La X y la O simple indican caudales: X = 100 mm/s, O = 30–200 mm/s. Crédito de la imagen: Ries et al. 2024.

Ellos usaron el Torre de caída libre de Bremen para simular la microgravedad.

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Los experimentos han demostrado que una presión ambiental más baja mitiga los riesgos de incendio. Por el contrario, un mayor contenido de oxígeno tiene un efecto más potente. El nivel de oxígeno en la ISS es del 21%, como en la Tierra. Las futuras naves espaciales con una presión ambiental más baja tendrán niveles de oxígeno de hasta el 35%. Esto provoca un aumento considerable del riesgo de incendio para los astronautas. Los resultados muestran que un incendio puede propagarse tres veces más rápido que en condiciones terrestres.

“Nuestros resultados resaltan factores críticos que deben considerarse al desarrollar protocolos de seguridad contra incendios para misiones espaciales astronáuticas. »

Dr. Florian Meyer, grupo de investigación sobre tecnología de combustión ZARM

Esta figura del estudio muestra una serie temporal de imágenes infrarrojas de las pruebas.  Muestran un fuego sobre una película acrílica en condiciones de microgravedad con un flujo de aire de 100 mm/segundo, 75 kPa y 28,3% de oxígeno.  Las líneas de puntos blancas muestran el contorno de la muestra de acrílico.  Las líneas de puntos verdes son las líneas de clasificación utilizadas para medir la velocidad de propagación del fuego.  En la figura b, la barra horizontal rosa debajo del frente de propagación es el encendedor.  Crédito de la imagen: Ries et al.  2024.
Esta figura del estudio muestra una serie temporal de imágenes infrarrojas de las pruebas. Muestran un fuego sobre una película acrílica en condiciones de microgravedad con un flujo de aire de 100 mm/segundo, 75 kPa y 28,3% de oxígeno. Las líneas de puntos blancas muestran el contorno de la muestra de acrílico. Las líneas de puntos verdes son las líneas de clasificación utilizadas para medir la velocidad de propagación del fuego. en el panel bla barra horizontal rosa debajo del frente de propagación es el encendedor. Crédito de la imagen: Ries et al. 2024.

Todos sabemos que un mayor flujo de aire propaga el fuego más rápidamente; Por eso soplamos una llama pequeña para crear un fuego más grande. Un mayor flujo de aire proporciona más oxígeno, lo que aumenta la combustión. Por tanto, el aumento del flujo de aire en una atmósfera con alto contenido de oxígeno crea una situación peligrosa para los astronautas.

«Nuestros resultados resaltan factores críticos que deben considerarse al desarrollar protocolos de seguridad contra incendios para misiones espaciales astronáuticas», dijo el Dr. Florian Meyer. “Al comprender cómo se propagan las llamas en diferentes condiciones atmosféricas, podemos mitigar el riesgo de incendio y mejorar la seguridad de la tripulación. »

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