Dibujo20170319 d-wave versus other annealing algorithms arxiv org 1701 04579

Imagina que gastas millones de dólares en construir un ordenador para resolver un problema concreto. ¿Esperarías que tras diez años de desarrollo fuera más rápido que un ordenador personal para resolver dicho problema? D-Wave QPU, que usa 2000 cubits superconductores, es unas 2600 veces más rápido que el mejor algoritmo clásico (HFS) para resolver el único problema que sabe resolver. Por supuesto, esto no significa que se haya logrado la supremacía cuántica, ya que no está demostrado que D-Wave QPU sea un ordenador cuántico; podría ser un ordenador clásico no determinista que usa cubits como bits aleatorios, es decir, una fuente cuántica de aleatoridad.

Quizás recuerdes que en 2014 fue noticia que D-Wave Two, con 512 cubits, era unas 3600 más rápido que algunos algoritmos clásicos. ¿Ahora es más lento? Como ya te conté la comparación estaba sesgada. Solo se usó recocido simulado (SA) y un algoritmo de Montecarlo cuántico simulado (QMC). En 2014, D-Wave Two era más lento que el mejor algoritmo conocido (HFS por Hamze–de Freitas–Selby). Ahora, D-Wave QPU ha logrado batir a HFS.

El artículo, para los interesados en más detalles, es James King, Sheir Yarkoni, …, Catherine C. McGeoch, “Quantum Annealing amid Local Ruggedness and Global Frustration,” arXiv:1701.04579 [quant-ph]; el artículo previo era Andrew D. King, Catherine C. McGeoch, “Algorithm engineering for a quantum annealing platform,” arXiv:1410.2628 [cs.DS]. Me ha gustado mucho el resumen de la situación actual de Scott Aaronson, “Insert D-Wave Post Here,” Shtetl-Optimized, 16 Mar 2017; por ello en esta entrada te resumo su resumen y te recomiendo consultar el original para más detalles.

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Dibujo20170319 lhcb five charmed baryons omegac cern org

Habrás leído que LHCb ha descubierto cinco nuevas partículas. El detector LHCb ha observado cinco estados excitados del barión encantado Ω0c (correspondientes a diferentes movimientos orbitales de sus tres quarks de valencia, ssc): Ωc(3000)0, Ωc(3050)0, Ωc(3066)0, Ωc(3090)0, y Ωc(3119)0. Se han observado tras analizar 3,3 /fb de colisiones (1,0 /fb a 7 TeV, 2,0 /fb a 8 TeV y 0,3 /fb a 13 TeV) en las que el Ω0c se desintegra vía QCD en un par Ξ+c (csu) y K (su), el primero de los cuales se desintegra en un protón, un kaón y un pión.

Como le comentó Carlo Rubbia a Tommaso Dorigo, la espectroscopia de los hadrones de masa baja o intermedia aporta poco a los grandes misterios de la física fundamental que aún están por resolver. Aún así nos recuerda que no sabemos predecir los estados excitados de los bariones; este hecho no prueba nada en contra de la QCD, solo ilustra nuestras dificultades con su simulación en superodenadores usando la QCD en redes. Algunos creen que conocemos todas las predicciones del modelo estándar. Este nuevo resultado nos recuerda que no es cierto.

El artículo es LHCb collaboration, “Observation of five new narrow Ω0c states decaying to Ξ+cK−,” LHCb-PAPER-2017-002, arXiv:1703.04639 [hep-ex]; más información divulgativa en Stefania Pandolfi, “LHCb observes an exceptionally large group of particles,” CERN News, 16 Mar 2017. El comentario de Rubbia a Dorigo está en “Five New Resonances Discovered by LHCb – Huh, So What ?” AMVA4NewPhysics, 17 Mar 2017.

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Dibujo20170317 galaxis nearby remote dark matter rotation curve www eso org eso1709a eso1709b

Las simulaciones por ordenador de la formación de galaxias sugieren que la idea MOND de Milgrom falla con las galaxias más distantes. Se publica en Nature una confirmación observacional firme de esta predicción. Las galaxias espirales hace unos diez mil millones de años estaban dominadas por la materia bariónica, al contrario de las galaxias espirales actuales, dominadas por la materia oscura. La idea MOND, que explica bien muchas curvas de rotación galáctica de las galaxias cercanas, falla de forma garrafal al explicar las más distantes.

La gravedad emergente de Verlinde y otras ideas compatibles con MOND van a sufrir mucho cuando el JWST (Telescopio Espacial James Webb) confirme con cientos de galaxias los nuevos resultados de SINFONI y KMOS instalados en el VLT (Very Large Telescope) de ESO (European Southern Observatory), Paranal, Chile. Ya se han estudiado cientos de galaxias, pero solo en seis galaxias se ha alcanzado una alta precisión. Sus resultados son compatibles con la curva de rotación galáctica promedio obtenida con un estudio estadístico combinado de los cien discos galácticos más precisas.

Lo dicho, un duro varapalo para MOND, aunque muchos medios omitan mencionarlo. Como el comunicado científico de ESO, “La materia oscura tenía menos influencia en el universo temprano. Observaciones de galaxias distantes llevadas a cabo con el VLT sugieren que estaban dominadas por materia ordinaria,” ESO1709, 15 Mar 2017.

Los cuatro artículos publicados son R. Genzel, N. M. Förster Schreiber, …, D. Wilman, “Strongly baryon-dominated disk galaxies at the peak of galaxy formation ten billion years ago,” Nature 543: 397–401 (16 Mar 2017), doi: 10.1038/nature21685, arXiv:1703.04310 [astro-ph.GA]; P. Lang, N.M. Förster Schreiber, …, D.J. Wilman, “Falling outer rotation curves of star-forming galaxies at 0.6 < z < 2.6 probed with KMOS3D and SINS/ZC-SINF,” arXiv:1703.05491 [astro-ph.GA]; H. Übler, N.M. Förster Schreiber, …, P.G. van Dokkum, “The evolution of the Tully-Fisher relation between z∼2.3 and z∼0.9 with KMOS3D ,” arXiv:1703.04321 [astro-ph.GA]; y S. Wuyts, N. M. Förster Schreiber, …, E. Wuyts, “KMOS3D: Dynamical constraints on the mass budget in early star-forming disks,” The Astrophysical Journal (2017), doi: 10.3847/0004-637X/831/2/149, arXiv:1603.03432 [astro-ph.GA].

[PS 20 Mar 2017] Como no podía ser de otra forma, Milgrom (padre de MOND), ha publicado su explicación MONDiana a las nuevas observaciones. Mordehai Milgrom, “High-redshift rotation curves and MOND,” arXiv:1703.06110 [astro-ph.GA]. Estas galaxias son unas diez veces más pequeñas que las galaxias actuales, con los que MOND predice que la teoría newtoniana no se debe modificar para ellas. Por tanto, MOND predice exactamente la curva de rotación que se observa gracias a VLT de ESO en estas galaxias. Eso sí, deberías notar que usa a0 ~ c H0, válido en z = 0, en lugar de a(z) ~ c H(z), lo que en rigor debería ser usado para z ~ 2. Te animo a comprobar qué pasa en este último caso.

[PS 20 Mar 2017] Como tampoco podía ser de otra forma, el astrónomo MONDiano Stacy McGaugh arremete duramente contra Genzel y sus colegas: su estudio publicado en Nature es incorrecto, más aún, como muchos otros artículos de astronomía en esta revista. Curiosa crítica vertida en “Declining Rotation Curves at High Redshift?” Triton Station, 19 Mar 2017. Con el ejemplo de la historia de las curvas de rotación galáctica de NGC 7331, desde las iniciales de Rubin en 1965 hasta ahora, afirma sin rubor que el tiempo confirmará que MOND explica perfectamente las nuevas observaciones; basta esperar a que nuevas observaciones extiendan a distancias más lejanas del centro las curvas de rotación galáctica observadas por Genzel y sus colegas. Entonces y solo entonces MOND relucirá con todo su esplendor. Supongo que McGaugh ha escrito todo esto antes de leerse el último artículo de Milgrom; quizás en los próximos días cambie algo su opinión; bueno, o quizás no.

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Dibujo20170317 coffeebreak ep102 ivoox

He participado en el episodio 102 del podcast Coffee Break: Señal y Ruido [iVoox, iTunes], titulado “Fast Radio Bursts; ¿Aliens?; Papas Marcianas; NASA 2017; Encélado y Europa; Materia Oscura; TRAPPIST-1,” 16 Mar 2017. “La tertulia semanal ha repasado las últimas noticias de la actualidad científica.”

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Dibujo20170316 3D imaging for microchips 543325a-i1

Los microchips actuales se fabrican a escala nanométrica. La pticografía-tomografía de rayos-X computerizada (PXCT) permite obtener imágenes 3D del interior del circuito integrado. Se publica en Nature el último avances en PXCT de alta resolución, que alcanza una resolución inferior a 14,6 nanómetros para microchips fabricados con tecnología de 22 nanómetros. La técnica PXCT en este contexto tiene como aplicación fundamental el control de calidad de la fabricación de estos microchips.

Las técnicas usuales para visualizar en 3D la calidad de la fabricación de un microchip son destructivas e ineficientes. Por ello su uso es poco habitual en el control de calidad de fabricación. La pticografía de rayos X se basa en el patrón de difracción que se observa al iluminar el chip usando rayos X no destructivos. El análisis se realiza píxel a píxel, luego es lento y requiere una reconstrucción posterior de la imagen vía software. Sin embargo, los resultados son realmente espectaculares, como muestra el vídeo de youtube más abajo.

El artículo es Mirko Holler, Manuel Guizar-Sicairos, …, Gabriel Aeppli, “High-resolution non-destructive three-dimensional imaging of integrated circuits,” Nature 543: 402–406 (16 Mar 2017), doi: 10.1038/nature21698; un resumen breve en Ryan Wilkinson, “Applied physics: 3D imaging for microchips,” Nature 543: 325 (16 Mar 2017), doi: 10.1038/543325a.

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Dibujo20170316 Side and forward views of DC-8 contrails and the operational cruise curve nature21420-f1

Las estelas de condensación (contrails) asustan a mucha gente (que en su sinrazón les llaman chemtrails). La industria aeronáutica quiere minimizar estos cirros artificiales producidas por los aviones comerciales. Se publica en Nature que una mezcla adecuada de combustibles y biocombustibles reduce entre un 50% y un 70% las emisiones de aerosoles de los aviones comerciales. Se ha verificado en laboratorio y en vuelos comerciales de prueba que su uso es prometedor.

Por supuesto la industria aeronáutica no está preocupada por los chemtrails. Les preocupa el efecto de los contrails sobre el cambio climático. Los aerosoles y el dióxido de carbono emitido por los combustibles fósiles tienen un impacto medioambiental según muchos estudios. La IATA (Asociación Internacional de Transporte Aéreo) quiere alcanzar su pico de emisiones de carbono para 2020 y lograr una reducción del 50% en las emisiones para el año 2050. El uso de biocombustibles en aviación podría ayudar a alcanzar estos hitos y mitigar su efecto sobre el cambio climático.

El artículo es Richard H. Moore, Kenneth L. Thornhill, …, Bruce E. Anderson, “Biofuel blending reduces particle emissions from aircraft engines at cruise conditions,” Nature 543: 411–415 (16 Mar 2017), doi: 10.1038/nature21420.

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Dibujo20170316 Molecular clock for one of the datasets used in this study nature21412-f2

El oxígeno molecular (O2) en la atmósfera de la Tierra tuvo su origen en la fotosíntesis realizada por cianobacterias. Los indicios geoquímicos indican que la Gran Oxidación (GOE) ocurrió hace entre 2,45 y 2,32 millardos de años. Se publica en Nature una datación mediante reloj molecular que apunta a hace unos 2,31 millardos de años. En concreto, se ha estudiado la transferencia horizontal de genes de la biosíntesis de esteroles desde procariotas a eucariotas. Este suceso está asociado a un alto contenido de oxígeno molecular en el sistema océano-atmósfera.

Los esteranos son hidrocarburos que se han encontrado en rocas antiguas. Se consideran fósiles moleculares de la biosíntesis de esteroles, ya que su biosíntesis en eucariotas requiere un alto consumo de oxígeno. En 1999 se encontraron esteranos en rocas australianas de hace 2,7 millardos de años. Pero en 2005 se descubrió que se origen era pura contaminación. Los esteranos más antiguos confirmados se adelantaron a hace 1,64 millardos de años. Por ello es tan relevante el nuevo estudio que usa la filogenia molecular para datar la evolución de la biosíntesis de esteroles.

El nuevo artículo es David A. Gold, Abigail Caron, …, Roger E. Summons, “Paleoproterozoic sterol biosynthesis and the rise of oxygen,” Nature 543: 420–423 (16 Mar 2017), doi: 10.1038/nature21412. Sobre el software de datación molecular BEAST recomiendo Alexei J. Drummond, Marc A. Suchard, …, Andrew Rambaut, “Bayesian Phylogenetics with BEAUti and the BEAST 1.7,” Mol. Biol. Evol. 29: 1969-1973 (2012), doi: 10.1093/molbev/mss075.

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Dibujo20170315 voronoi Barcelona against Panathinaikos neverendingbooks org the-geometry-of-football david sumpter

Más allá del control del balón, los jugadores de fútbol crean y controlan el espacio disponible en el campo. Un ejemplo típico es la apertura de líneas de ataque para los goleadores. Para visualizar este proceso, lo ideal es usar triangulaciones de Delaunay, que conectan los jugadores con líneas, y su dual, los diagramas de Voronoi, que muestran el espacio controlado por cada jugador. Visualizar el espacio con estos diagramas puede mejorar la experiencia de los espectadores de televisión en la repetición de las jugadas en los partidos. También puede ayudar a los entrenadores amantes de la tecnología, como Pep Guardiola.

Esta figura muestra un ataque del F.C. Barcelona (círculos grises) contra el Panathinaikos F.C. (circunferencias). Para que Messi pueda marcar un gol, necesita que Xavi e Iniesta le abran espacio libre. La triangulación de Delaunay se muestra arriba en gris y el diagrama de Voronoi abajo en líneas negras a trazos. Messi realiza un pase a Xavi, lanzando el balón a la frontera entre los polígonos de Voronoi de Iniesta y Xavi. Visualizar los espacios mediante este tipo de diagramas no es difícil usando una cámara cenital en el campo.

Me he enterado gracias a David Sumpter, “The geometry of attacking football,” Soccermatics, 24 Feb 2017; por cierto, Sumpter es el autor del libro “Soccermatics. Mathematical Adventures in the Beautiful Game,” Bloomsbury (2016) [web].

Sobre diagramas de Voronoi, recomiendo leer a Clara Grima, “¿Está Voronoi? Que se ponga”, Naukas, 28 Ene 2012; Clara Grima, “Cada uno en su región y Voronoi en la de todos”, Naukas, 23 Dic 2011; Clara Grima, “Me gustan los triángulos…”, Naukas, 17 Abr 2014; y Joaquín Sevilla, “Lacasitos de Voronoi”, Naukas, 30 Mar 2016; entre otros.

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Dibujo20170311 coffee break senyal y ruido ep 101 panspermi and smash ivoox

He participado en el un episodio 101 del podcast Coffee Break: Señal y Ruido [iVoox, iTunes], titulado “Panspermia; Escudo Planetario para Marte; Computación Cuántica; Física de Partículas: SM*A*S*H”, 09 Mar 2017. “La tertulia semanal en la que nos echamos unas risas mientras repasamos las últimas noticias de la actualidad científica. En el episodio de hoy: Panspermia: TRAPPIST-1 y la transmisión de vida entre planetas; Un escudo magnético para Marte; IBM y la computación cuántica al alcance de todos; Física de partículas: El modelo SM*A*S*H. En la foto, de izquierda a derecha: Héctor Socas; Francis Villatoro; Guillermo Ballesteros; Nacho Trujillo. Todos los comentarios vertidos durante la tertulia representan únicamente la opinión de quien los hace… y a veces ni eso”.

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Dibujo20170311 time crystal nature com

Los cristales de tiempo de Wilczek son inestables. No existen en la Naturaleza. Un nombre tan poético como “cristales de tiempo” no debe malgastarse. Los sistemas periódicos de Floquet que son metaestables comparten ciertas propiedades con un cristal de tiempo. Por ello han sido rebautizados como cristales de tiempo de Floquet. También llamados cristales de tiempo discretos, aparecen en la portada de la revista Nature gracias a la publicación de dos artículos que afirman haberlos observado por primera vez (como cristales de tiempo, que no como sistemas periódicos de Floquet metaestales). Uno de ellos ya fue noticia en este blog en octubre de 2016.

Gaston Floquet (1847–1920) alucinaría si supiera que en el siglo XXI los sistemas periódicos forzados que él estudió en 1883 reciben un nombre tan poético como cristales de tiempo de Floquet cuando son metaestables. Cuando uno piensa en un cristal se imagina que es estable, al menos durante unos segundos. Los cristales de tiempo que copan la portada de Nature son metaestables y solo se comportan como tales durante unos microsegundos. El cambio de nombre a estos sistemas discretos dará mucho que hablar en los medios, pero en conciencia no me parece más que una cuestión de puro marketing científico. Aunque los titulares que afirman que se ha logrado una nueva fase exótica de la materia sean muy atractivos.

Los nuevos artículos son J. Zhang, P. W. Hess, …, C. Monroe, “Observation of a discrete time crystal,” Nature 543: 217–220 (09 Mar 2017), doi: 10.1038/nature21413, arXiv:1609.08684 [quant-ph], del que ya hablé en “Físicos afirman haber creado el primer cristal de tiempo discreto”, LCMF, 08 Oct 2016, y Soonwon Choi, Joonhee Choi, …, Mikhail D. Lukin, “Observation of discrete time-crystalline order in a disordered dipolar many-body system,” Nature 543: 221–225 (08 Mar 2017), doi: 10.1038/nature21426, arXiv:1610.08057 [quant-ph], que tuiteé, pero del que me negué a hablar, en su momeento, pues aporta poco al anterior. Más información divulgativa en Chetan Nayak, “Condensed-matter physics: Marching to a different quantum beat,” Nature 543: 185–186 (09 Mar 2017), doi: 10.1038/543185a, y Elizabeth Gibney, “The quest to crystallize time,” Nature 543: 164–166 (09 Mar 2017) doi: 10.1038/543164a.

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