Dibujo20170615 China first quantum communication satellite Micius

En agosto de 2016 China puso en órbita el primer satélite de comunicaciones cuántico (QSS, siglas de Quantum Science Satellite), llamado Mozi (Micius en inglés). Se publica en Science su primer éxito, enviar dos fotones entrelazados a dos estaciones terrestres (dos telescopios) alejados entre sí 1203 km. En las Islas Canarias ya se logró a una distancia de 143 km. Usando fibras ópticas se ha logrado alcanzar los 600 km. Por ello, los científicos chinos han logrado el récord actual de distancia en un experimento de entrelazamiento cuántico.

El satélite Mozi se encuentra en una órbita heliosíncrona a una altitud de unos 600 km y tiene un generador de fotones entrelazados por conversión paramétrica hacia abajo (parametric down-conversion). La luz de un diodo láser a 405 nm, con una anchura de ~160 MHz, se inyecta en un cristal no lineal de KTiOPO4 donde se producen dos fotones a ~810 nm mediante generación de segundo armónico. Como ambos fotones tienen una fuente común, sus polarizaciones están entrelazadas; si uno está polarizado en vertical |V>, el otro lo está en horizontal |H>, y viceversa, pero ignoramos cuál es cuál. Por ello su función de onda común es |ψ> = (|H>1|V>2+|V>1|H>2)/√2. En Tierra se ha realizado un experimento tipo Bell en cuatro configuraciones para confirmar que estos fotones están entrelazados.

La ventaja de usar un satélite para distribuir fotones entrelazados es que las pérdidas debidas a la atmósfera se concentran en los 10 km más próximos a la superficie. Por ello un satélite permite recorrer grandes distancias en Tierra con pérdidas muy bajas. Se han logrado pérdidas de menos de ~82 dB, cuando en fibra óptica en una distancia de 1200 km las pérdidas serían de 1200 × 0,2 dB/km = 240 dB. El artículo es Juan Yin, Yuan Cao, …, Jian-Wei Pan, “Satellite-based entanglement distribution over 1200 kilometers,” Science 356: 1140-1144 (16 Jun 2017), doi: 10.1126/science.aan3211 [URL Science]; recomiendo también Gabriel Popkin, “Spooky action achieved at record distance,” Science 356: 1110-1111 (16 Jun 2017), doi: 10.1126/science.356.6343.1110 [URL Science].

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Dibujo20170615 coffee break ep 115 ivoox

He participado en el episodio 115 del podcast Coffee Break: Señal y Ruido [iVoox, iTunes], titulado “Controversia WOW; Asteroides Peligrosos; Medir Estrellas; Oyentes: 5ª fuerza, Agujeros negros, Choques galaxias, …”, 15 Jun 2017. “La tertulia semanal ha repasado las últimas noticias de la actualidad científica.”

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Dibujo20170615 jcr 2016 thomson reuters

Como ya viene siendo costumbre todos los años, me hago eco de la publicación del nuevo índice de revistas impactadas de Thomson Reuters, el famoso Journal of Citation Reports, que desde el año pasado forma parte de InCites. Todo investigador debería actualizar los índices de impacto de las revistas donde publicó artículos en el año 2016.

Cada revista y cada área de conocimiento son un mundo aparte. Así que me centraré en algunos detalles del área de Ciencias Multidisciplinarias (Multidisciplinary Sciences). Nature (IF 40,1) sigue encabezando la lista por delante de Science (37,2), Nature Communications (12,1) y PNAS (9,7), el mismo orden que en el JCR 2015. Sigue bajando PLoS ONE, ahora con 2,8 cuando tenía 4,4 en JCR 2010 y 3,1 en JCR 2015, incluso cuando publica cada vez menos (22 077 artículos en JCR 2015, cuando alcanzó 31 496 en JCR 2013). Además, PLoS ONE sigue por debajo de Scientific Reports (4,3 en JCR 2016), que ahora compite con ella por el podio la mayor megarrevista científica, con 20 517 artículos en JCR 2015, cuando tenía 10 642 en JCR 2014. Sin lugar a dudas, en el año 2017, Scientific Reports se convertirá en la mayor revista científica del mundo, relegando al segundo puesto a PLoS ONE.

En España puedes acceder al JCR 2016 gracias a la FECYT. Por supuesto, solo podrás acceder desde una universidad y/o organismo oficial de investigación. Aún así, te recuerda la URL de entrada (vía WOS, te identificas y luego vas a Journal of Citation Reports en el menú de arriba).

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Dibujo20170614 john horton conway world most charismatic mathematician siobhan roberts

El número 13 532 385 396 179 es un contraejemplo al quinto de los cinco problemas de 1000 dólares de John H. Conway. El problema del ascenso hasta un primo (climb to a prime) se basa en aplicar cierta función de forma reiterada sobre un número natural; Conway conjetura que la función siempre ofrece una sucesión de números que acaba en un número primo como punto fijo. El contraejemplo encontrado por James Davis demuestra que la conjetura de Conway es falsa. Conway tendrá que pagarle 1000 dólares.

La función de Conway es la siguiente. Dado un número natural, se escribe su factorización en números primos y se transforma en un número uniendo sus dígitos eliminando las operaciones matemáticas. Por ejemplo, la función f(n) para n = 60 = 2² · 3 · 5, es igual a f(60) = 2235; como 2235 = 3 · 5 · 149, f(2235) = 35 149, que es un número primo y, por tanto, f(35 149) = 35 149. El ascenso de 60 hasta un primo nos da 60 → 2235 → 35 149 → 35 149 → … Otro ejemplo es 32 → 25 → 52 → 2213 → 2213 → … Para algunos números el ascenso alcanza cientos de etapas, resultando un número de cientos de dígitos, como en el caso del número 20 → 225 → 3252 → 223 271 → 297 699 → 399 233 → 715 623 → 3 263 907 → 32 347 303 → …

¿Todos los números ascienden a un primo? Resulta que f(13 532 385 396 179) = f(13 ⋅ 53² ⋅ 3853 ⋅ 96179) = 13 532 385 396 179. Me he enterado gracias a Christian Lawson-Perfect, “13532385396179 doesn’t climb to a prime,” The Aperiodical, 07 Jun 2017. Los cinco problemas están en John H. Conway, “Five $1,000 Problems,” PDF. Para quienes quieran jugar en Mathematica con la función de Conway, pueden usar el código siguiente:

f[n_] := ToExpression[ StringJoin[ ToString /@ Flatten[ FactorInteger[n] /.{a_,1}:>a] ] ]

Dibujo20170613 2 3 4 atom exchange paper phys rev lett 24 nov 1975

El físico Jack H. Hetherington de la Universidad Estatal de Michigan (EE.UU.) publicó en noviembre de 1975 un artículo con dos autores en la revista Physical Review Letters. El segundo autor era su gato F. D. C. Willard. ¿Por qué lo hizo? Según el propio autor, como había usado el plural de autoría en su artículo, debería haber otro autor. Así que, ni corto ni perezoso, añadió a su gato Willard como autor. Para que quedara más cachondo, le añadió como nombre de pila F. D. C. por Felis Domesticus Catus.

En algunas conferencias, el autor decidió repartir copias impresas del artículo que estaban firmadas por ambos autores, siendo la firma del gato su pezuña (como se observa en la imagen que abre esta entrada). ¿Por qué algunos científicos se toman a cachondeo las publicaciones científicas? Hay artículos firmados por fetos antes de nacer, bebés recién nacidos, niños pequeños, autores ficticios, etc. ¿Por qué a un científico se le ocurre tal …? Conozco a algún científico que lo ha hecho y tras preguntarle no me convencen sus argumentos. La verdad, yo no lo entiendo…

Me lo ha recordado Rae Paoletta, “The Secret History of the Cat Who Authored a Physics Paper,” Gizmodo, 09 Jun 2017. El artículo es J. H. Hetherington, F. D. C. Willard, “Two-, Three-, and Four-Atom Exchange Effects in bcc 3He,” Phys. Rev. Lett. 35: 1442 (1975), doi: 10.1103/PhysRevLett.35.1442.

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Dibujo20170612 hubble constant evolution in time nature astronomy s41550-017-0121-f1

El ritmo de expansión del universo se llama constante de Hubble, aunque en rigor debería llamarse parámetro de la ley de Hubble, porque no es constante. El valor actual H(0) ≡ H0 se estima por extrapolación. Se puede usar la escalera de distancias para medir el valor de H(z) con z<0,2, o el fondo cósmico de microondas para estimar el valor H(1100). El problema de la constante de Hubble es que ambos métodos conducen a un valor diferente a unas tres sigmas. ¿Por qué? Quizás hay errores sistemáticos en estas extrapolaciones que no han sido tenidos en cuenta; o quizás haya nueva física con un papel relevante aún por descubrir.

Edwin Hubble en 1929 estimó que H(0) = 500 km/s/Mpc, pero sobre el año 2000 sabíamos que su valor estaba entre 50 y 100 km/s/Mpc. El telescopio espacial Hubble (HST) estimó en 2001 un valor de 72 ± 2 ±7 km/s/Mpc. En los últimos 15 años dicho valor ha tomado dos caminos separados. Las medidas basadas en la escalera de distancias (con variables cefeidas para z ~ 0 y supernovas Ia para z ~ 0,1) conducen a un valor de 73 km/s/Mpc con un error del 2,4 %. Las medidas usando lentes gravitacionales débiles (H0LiCOW) ofrecen un valor de 71,9 ± 2,7 km/s/Mpc (un error del 3,8 %). Sin embargo, las medidas cosmológicas de los telescopios espaciales WMAP (NASA) y Planck (ESA), junto a los datos de oscilaciones bariónicas acústicas (BAO), apuntan a un valor más bajo de solo 67,8 ± 0,9 km/s/Mpc (con un error de solo el 1,3 %).

¿Cuál es la causa de la discrepancia? La extrapolación más forzada es la cosmológica. Quizás haya errores sistemáticos en nuestra manera de estimar H(0) a partir de H(1100). El universo ha cambiado mucho en los últimos 13 400 millones de años. Se espera que el telescopio espacial James Webb (JWST) de la NASA nos ofrezca datos sobre el universo temprano en el próximo lustro que ayuden a la solución de este problema. Nos lo cuenta Wendy L. Freedman, “Cosmology at at Crossroads: Tension with the Hubble Constant,” Nature Astronomy 1: 0121 (2017), doi: 10.1038/s41550-017-0121, arXiv:1706.02739 [astro-ph.CO].

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“Esta es tu historia. Trata de quién eres y de cómo llegaste a serlo. Es tu historia individual porque el viaje de la vida que lleva a tu existencia es único. [Tu] ADN [es] una fuente histórica, un texto que podemos escudriñar. [Todos] los genomas humanos albergan los mismos genes, pero todos pueden ser ligeramente distintos, lo que explica el hecho de que todos seamos increíblemente parecidos y, sin embargo, claramente distintos. [La] cantidad de datos que está generando [la genética] es colosal, fenomenal, abrumadora. Cada semana se publican estudios que desbaratan lo que sabíamos. [El] suelo no para de moverse bajo nuestros pies”.

Me ha encantado el libro de Adam Rutherford, “Breve historia de todos los que han vivido. El relato de nuestros genes”, Pasado & Presente (2017) [350 pp.]. Un relato vívido de lo que nos cuentan nuestros propios genes sobre nosotros mismos. No solo sobre los recientes avances en paleogenética, sino también las implicaciones biomédicas del Proyecto Genoma Humano. El autor nos relata qué ha descubierto sobre sí mismo tras secuenciar su propio genoma (durante la escritura de este libro) y qué podemos esperar desvelar si nosotros hacemos lo mismo. Además, se nos presenta una discusión muy interesante sobre el concepto de raza (el propio autor sufrió cierta segregación racial siendo joven).

El segundo libro de Rutherford demuestra su gran experiencia divulgando, que incluye el programa semanal Inside Science en la BBC Radio 4. La traducción es correcta y el resultado es muy recomendable, de fácil lectura y muy instructivo. Yo he disfrutado leyéndolo y seguro que tú también lo harás.

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Dibujo20170609 ivoox coffee break ep 114

He participado en el episodio 114 del podcast Coffee Break: Señal y Ruido [iVoox, iTunes], titulado “Misterio Wow Resuelto; Vacío Cósmico; Controversia CRISPR; ADN Neandertal; Agujero Negro sin Supernova”, 09 Jun 2017. “La tertulia semanal ha repasado las últimas noticias de la actualidad científica.”

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CCC Fig 2 IBM Q cryo system

“Dos grandes empresas, IBM y Google, compiten entre sí por alcanzar la supremacía cuántica: fabricar un ordenador cuántico capaz de resolver un problema que ningún ordenador clásico del mundo haya sido capaz de resolver hasta ese día. Parece difícil, ya que los superordenadores más poderosos del mundo, que lideran el TOP500, son muy poderosos. Sin embargo, se estima que un ordenador cuántico de propósito general totalmente funcional sería capaz de tal hazaña con tan solo 50 cúbits. Como puedes imaginar, lograr la supremacía cuántica será el final de una carrera y el inicio de otra, la carrera hacia los ordenadores cuánticos comerciales. Permíteme glosar la situación actual de esta carrera entre gigantes”. Seguir leyendo en el Cuaderno de Cultura Científica.

En el artículo te cuento la historia de los términos «supremacía cuántica» y «cúbit», para entrar luego en qué significa que un (supuesto) ordenador cuántico tiene cierto número de cúbits. Mi foco es tratar de que entiendas por qué es muy difícil saber si dicho ordenador es realmente cuántico, o solo un ordenador clásico no determinista que usa cúbits como fuente de aleatoriedad. Espero que lo disfrutes. La cita es Francisco R. Villatoro, “La carrera hacia la supremacía cuántica”, Cuaderno de Cultura Científica, 09 Jun 2017.

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Los artículos de física de partículas en revistas como Nature o Science son muy excepcionales. Por ello me sorprende de forma muy agradable la publicación de dos artículos de revisión en Nature esta semana. El tema es el mismo, las anomalías observadas en la física de mesones B que apuntan en contra de la universalidad leptónica predicha por el modelo estándar. Los detectores LHCb, Belle y BaBar han observado que el cociente entre el número de las desintegraciones semileptónicas en leptones tau y electrones difiere. La causa podría ser nueva física (un bosón Z-prima, leptoquarks, etc.), pero aún es pronto para estar seguros.

El modelo estándar predice RD = 0,300 ± 0,008 y RD* = 0,252 ± 0,003. Sin embargo, la combinación de los resultados de LHCb, Belle y BaBar obtenida por el HFAG encuentra que RD = 0,397 ± 0,049 y RD* = 0,316 ± 0,019. Los valores experimentales se desvían a unos dos sigmas de los valores teóricos, pero las incertidumbres experimentales son unas seis veces mayores que las teóricas. Hasta que dichas incertidumbres no se reduzcan en este factor (lo que puede costar más de un lustro) no podemos descartar que se trate de una fluctuación estadística en el mismo sentido en el tres detectores.

Te recomiendo disfrutar de estos dos estupendos artículos de primera mano: Gregory Ciezarek, Manuel Franco Sevilla, …, Yutaro Sato, “A challenge to lepton universality in B-meson decays,” Nature 546: 227–233 (08 Jun 2017), doi: 10.1038/nature22346, arXiv:1703.01766 [hep-ex], y F. Archilli, M.-O. Bettler, …, K. A. Petridis, “Flavour-changing neutral currents making and breaking the standard model,” Nature 546: 221–226 (08 Jun 2017), doi: 10.1038/nature21721.

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