Te recomiendo disfrutar del episodio 490 del podcast Coffee Break: Señal y Ruido [iVoox A, iVoox B; ApplePodcast A, ApplePodcast B], titulado “Susskind y Cuerdas; MOND; Computación Cuántica; IA y Fármacos”, 12 dic 2024. «La tertulia semanal en la que repasamos las últimas noticias de la actualidad científica. Cara A: La entrevista a Susskind que ha dado que hablar (“The crisis in string theory is worse than you think”) (10:00). Cara B: Promo de AICAD (00:33). Comentarios de Sabine Hossenfelder ¿Confirma el JWST la formación rápida de galaxias según MOND? (02:15). Observación de Chandra de un objeto «iluminado» por el jet de Centaurus A (47:33). Diseño de fármacos basándose en su estructura empleando modelos de difusión equivariantes (1:03:33). El ordenador cuántico Willow de Google Q AI con 105 cúbits (1:19:33). Señales de los oyentes (1:44:03). Imagen de portada realizada por Héctor Socas. Todos los comentarios vertidos durante la tertulia representan únicamente la opinión de quien los hace… y a veces ni eso».

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Como muestra el vídeo participamos por videoconferencia Héctor Socas Navarro @HSocasNavarro / @HSocasNavarro@bird (@pCoffeeBreak / @pCoffeeBreak.bsky), Sara Robisco Cavite @SaraRC83 / @ViajandoConCiencia.bsky, Ángel López-Sánchez @El_Lobo_Rayado, José Edelstein @JoseEdelstein (solo cara A), Gastón Giribet @GastonGiribet, Francis Villatoro @eMuleNews / @eMuleNews.bsky / @eMuleNews@mathstodon. Por cierto, agradezco a Manu Pombrol @ManuPombrol el diseño de mi fondo para Zoom; muchas gracias, Manu.

Tras la presentación, Héctor recuerda a los cientófilos en YouTube que el próximo episodio se grabará el miércoles 18 de diciembre. El primer temazo es la entrevista en YouTube del siempre polémico Curt Jaimungal al genial Leonard Susskind, uno de los padres de la teoría de cuerdas, titulada “The crisis in String Theory is worse than you think”. En ella Jaimungal condiciona a Susskind para que afirme que la teoría de cuerdas está en crisis: «Vivimos en un universo que no es el universo descrito por la teoría de cuerdas. Ningún físico ha ganado ningún gran premio por la teoría de cuerdas. Con absoluta certeza puedo decir que no describe el mundo real en el que vivimos. Por tanto, hay que empezar de nuevo». Parece que Susskind, uno de los pocos teóricos de cuerdas que no ha recibido el Premio Breakthrough, considera que dicho premio (dotado con tres millones de dólares) no es un gran premio.

Susskind llama Teoría de Cuerdas (en mayúsculas) a la teoría única, que se suele llamar teoría M, que en el marco de la teoría de cuerdas presenta supercuerdas en cinco límites y otros objetos fundamentales (D-branas, M2-branas, M5-branas, etc.) en otros límites, todos ellos son objetos supersimétricos. Nuestro universo es de tipo de Sitter (con constante cosmológica positiva, con horizonte cósmico, pero sin borde en el espacio); en dicho espacio la supersimetría es inestable, por tanto, la Teoría de Cuerdas es inestable en un espacio dS (las soluciones actuales, como KKLT o LVS, requieren objetos exóticos, como anti-D3-branas, para romper la supersimetría, habiendo indicios de que están en el pantano (swampland) de soluciones, en lugar de en el paisaje (landscape) de soluciones, que fue introducido por el propio Susskind). La Teoría de Cuerdas prefiere un espacio de tipo anti-de Sitter (AdS, con constante cosmológica negativa y con un borde en el espacio que permite definir una teoría cuántica de campos para aplicar el principio holográfico, también introducido por Susskind), igual que ocurre con la holografía vía la correspondencia AdS/CFT de Maldacena.

El gran Susskind nos cuenta que ahora está trabajando en cómo incorporar los espacios dS en la teoría de cuerdas y en una futura holografía tipo dS/CFT, aunque usando modelos de juguete tipo SYK, llamados DSSYK (arXiv:2407.12988, arXiv:2401.08555, arXiv:2304.00589, entre otros). Además, recomienda a los físicos teóricos jóvenes que busquen una teoría de cuerdas que no sea supersimétrica (hay muchas propuestas con taquiones e inestabilidades varias, como SO(32), U(16), SO(8) × SO(24), SO(16) × SO(16), y (E7 × SU(2))², entre otras; la única libre de taquiones es la nueva SO(16) × SO(16) publicada este año por el grupo de Vafa, https://arxiv.org/abs/2406.00185; pero no me consta que aún se haya estudiado si prefiere espacios dS a AdS, aunque me temo que se decantará por los AdS). Susskind recalca que muchos jóvenes tienen miedo de adentrarse en dicho derrotero porque un fracaso podría penalizar su futuro laboral. Pero en su opinión, el éxito se construye a base de fracasos, y dicha teoría de cuerdas no supersimétrica con soluciones dS debería existir, luego será descubierta en el futuro a hombros de jóvenes genios.

Te recomiendo escuchar el audio para disfrutar de Héctor, José y Gastón comentando lo que les parece el vídeo (de hecho, los cuerdistas afirman compartir muchas de las afirmaciones de Susskind). Además, admiran el buen estado mental de Susskind a sus 84 años (nació en junio de 1940). Y destacan que aún siga publicando artículos con un objetivo tan difícil como desvelar una teoría de cuerdas no supersimétrica compatible con un espaciotiempo de Sitter. Sobre la entrevista a Susskind recomiendo leer a Peter Woit, «The Crisis in String Theory is Worse Than You Think,» Not Even Wrong, 31 Oct 2024.

Héctor agradece el patrocinio de AICAD Business School (https://www.aicad.es). Aicad es la empresa de Inma Vega y Ermel, oyentes del programa y cientófilos de pro. Nos anuncia la semana de la inteligencia artificial (IA Week 2025), un evento gratuito desde el 20 al 23 enero 2025 (inscripciones en https://www.aicad.es/events/ia-week-2025). También ofertan un máster de IA (para nuestros oyentes habrá un descuento, solo tienen que decirlo al inscribirse).

Me toca comentar una cuestión candente: ¿Confirma el telescopio espacial JWST la formación rápida de galaxias según la idea MOND? La gran divulgadora Sabine Hosselfelder bromeó en octubre con que el mondiano Stacy S. McGaugh debería recibir el Premio Nobel de Física (también con que Elon Musk debería recibirlo). Ahora divulga en su canal de YouTube el último artículo de McGaugh, en el que afirma que las galaxias con desplazamiento al rojo z > 6 observadas por el JWST confirman la (futura) cosmología mondiana (pues aún no existe) y refutan la cosmología LCDM. Estas observaciones fueron predichas por Sanders (1998), que presentó un modelo mondiano de formación galáctica temprana, como respuesta al modelo jerárquico de Mo, Mao y White (1998). Gracias a un cherry picking intencionado, McGaugh considera que los candidatos fotométricos a galaxias con z > 10 son una prueba irrefutable de la idea MOND. Su artículo olvida mencionar que las galaxias confirmadas con espectroscopia por el JWST con z > 10 están en buen acuerdo con los modelos de formación de galaxias actuales en el marco del LCDM. 

Ángel, que investiga en evolución de galaxias, nos comenta su opinión sobre los nuevos resultados del JWST. Primero, le sorprende que, participando en muchos congresos científicos sobre galaxias y leyendo muchos artículos sobre ellas, nadie discute la idea MOND, ni los trabajos de McGaugh. Segundo, nos aclara que la física de la formación de las galaxias es muy complicada y que muchas veces se interpretan las imágenes del JWST para z > 6 usando parámetros basados en las galaxias cercanas (z ≈ 0). Y tercero, destaca que los modelos de formación galáctica tienen muchos parámetros, cada vez más porque se incorpora física más detallada, que han de ser ajustados a las observaciones; por ello no es sorprendente que algunos modelos no predigan las galaxias observadas por JWST, pues estas observaciones apuntan a que tenemos que reajustar dichos modelos. Gastón también comenta que MOND es irrelevante en física y cosmología.

El nuevo artículo es Stacy S. McGaugh, James M. Schombert, …, Jay Franck, «Accelerated Structure Formation: The Early Emergence of Massive Galaxies and Clusters of Galaxies,» The Astrophysical Journal 976: 13 (12 Nov 2024), doi: https://doi.org/10.3847/1538-4357/ad834d; como nos cuenta el propio McGaugh en su blog, «Massive Galaxies at High Redshift: we told you so,» Triton Station, 12 Nov 2024, el JWST «confirma» el modelo de Robert H. Sanders, «Cosmology with modified Newtonian dynamics (MOND),» MNRAS 296: 1009-1018 (1998), doi: https://doi.org/10.1046/j.1365-8711.1998.01459.x, en contra del «sencillo» modelo jerárquico de H. J. Mo, Shude Mao, Simon D. M. White, «The formation of galactic discs,» MNRAS 295: 319-336 (1998), doi: https://doi.org/10.1046/j.1365-8711.1998.01227.x.

Gastón nos cuenta que el telescopio de rayos X Chandra ha observado un objeto «iluminado» por el chorro relativista de la galaxia cercana Centaurus A (Cen A). Las observaciones desde el año 2000 muestran que el chorro se mueve a una velocidad aparente  similar a la velocidad de la luz en el vacío. La nueva noticia es la fuente C4, que se encuentra cerca de la trayectoria del chorro, pues ha cambiado de brillo entre el año 2000 y 2017. Se ignora la naturaleza de este objeto (pero parece ser una estrella o un sistema estelar binario), pero se cree que brilla en rayos X debido al impacto de las partículas del chorro (que quizás impactan contra el gas que rodea a la estrella o el sistema estelar). Futuros observaciones tendrán que determinar la naturaleza de C4 y la razón detallada de su incremento de brillo. El artículo es David Bogensberger, Jon M. Miller, …, Ehud Behar, «Superluminal proper motion in the X-ray jet of Centaurus A,» The Astrophysical Journal 974: 307 (18 Oct 2024), doi: https://doi.org/10.3847/1538-4357/ad73a1, arXiv:2408.14078 [astro-ph.HE] (26 Aug 2024); más información divulgativa en Lee Mohon, «Black Hole Jet Stumbles Into Something in the Dark,» NASA, 10 Dec 2024.

Sara nos cuenta un artículo en Nature Computational Science sobre el diseño de fármacos basado en la estructura (SBDD, por Structure-Based Drug Design) proteína-ligando que emplea modelos neuronales difusivos (similares a los usados para generar imágenes con MidJourney y DALL·E). El objetivo es diseñar ligandos (moléculas pequeñas) con alta afinidad y especificidad a los sitios activos (dianas proteicas). El nuevo artículo propone usar redes neuronales generativas que parten de los datos estructurales de los fármacos y de las proteínas para estimar la afinidad entre ambos (para cuantificar dicha afinidad se usa el software Vina, del que ya hablamos la semana pasada con 2Vinardo).

La propuesta es fascinante y los resultados son muy prometedores. El modelo de difusión preentrenado SE(3)-equivariante se puede aplicar a una gama amplia de problemas, como la optimización de propiedades, el diseño de la molécula del fármaco y el diseño del sitio activo de inserción en la proteína. Recuerdo que el grupo E(3) = R³×O(3) describe las simetrías de traslación, R³, y las simetrías ortogonales de rotación y reflexión, O(3), en el espacio euclídeo tridimensional. El grupo SE(3) = R³×SO(3) describe las simetrías de traslación, R³, y rotación, SO(3), donde la S significa determinante igual a la unidad, lo que excluye las reflexiones que tienen determinante menos uno. Gastón, como es habitual en física cuántica, llama ISO(3) al grupo SE(3). El término SE(3)-equivariante significa que el modelo neuronal difusivo respeta la simetría SE(3). El artículo es Arne Schneuing, Charles Harris, …, Bruno Correia, «Structure-based drug design with equivariant diffusion models,» Nature Computational Science (09 Dec 2024), doi: https://doi.org/10.1038/s43588-024-00737-x, arXiv:2210.13695 [q-bio.BM] (24 Oct 2022).

Me toca comentar que Google Quantum AI ya tiene nuevo ordenador cuántico, Willow, con 105 cúbits, y que ha publicado en Nature un nuevo código de corrección de errores (de tipo color topológico con distancia-d, es decir, cada cúbit lógico se implementa con una matriz de d×d cúbits físicos). En concreto, se han usado d=3 y 5 con una versión de Willow de 72 cúbits y d=7 con Willow de 105 cúbits. Este nuevo ordenador cuántico de supera a su predecesor Sycamore, de 53 cúbits, en cuanto a supremacía cuántica; como se publica en el blog de Google, ejecutando el mismo algoritmo RCS (Random Circuit Sampling) de John M. Martinis (que abandonó Google Quantum AI tras su gesta con Sycamore para retornar a UCSB), que genera ruido cuántico certificado, Willow con sus 105 cúbits logra ejecutar en 5 minutos lo que exigiría diez cuatrillones de años en el mayor superordenador del mundo (según Google Quantum AI). Por supuesto, para generar ruido cuántico certificado basta un único cúbit, así que este algoritmo es inútil en toda su inutilidad. Nos lo cuenta Hartmut Neven, fundador en 2012 y director actual de Google Quantum AI, en «Meet Willow, our state-of-the-art quantum chip,» Google, 09 Dec 2024. El nuevo artículo en Nature nos lo cuentan Michael Newman, Kevin Satzinger, «Making quantum error correction work,» Google, 09 Dec 2024.

El código de corrección de errores superficial (también llamado de color topológico) usa matrices con distancia-d usa una matriz de d×d cúbits físicos para simular cada cúbit lógico. El estado del cúbit lógico es robusto ante errores gracias a un sistema de detección de errores basado en medidas débiles para detectar posibles errores y un sistema de actuación para la corrección de errores; dicho sistema actúa en tiempo real sobre los d² cúbits físicos que representan cada uno de los cúbits lógicos. Se han usado matrices de 3×3, 5×5 y 7×7 capaces de corregir 1, 2 y hasta 3 errores, respectivamente, en cada operación cuántica. Para matrices 3×3 se han implementado 4 cúbits lógicos en Willow de 72 cúbits, aunque para matrices 5×5 solo se ha implemento un único cúbit lógico en dicho ordenador. Para matrices 7×7 se han implementado hasta 2 cúbits lógicos en Willow de 105 cúbits. En Willow-105 con el código 7×7 se ha logrado una vida media de la coherencia cuántica de los cúbits lógicos de 291 ± 6 μs, que hay que comparar con de los cúbits físicos 85±7 μs (en el mejor caso es de 119±13 μs) lo que implica un factor de 2.4±0.3 (todavía bajo con lo que sería un cúbit ideal, cuya vida media deseada es de 24 horas). El nuevo artículo es Google Quantum AI and Collaborators, «Quantum error correction below the surface code threshold,» Nature (09 Dec 2024), doi: https://doi.org/10.1038/s41586-024-08449-y.

En Google Quantum AI usan el sistema en tiempo real de corrección de errores AlphaQubit (aunque esta palabra no aparece en el nuevo artículo de Nature) desarrollado por DeepMind y Google Quantum AI, que también se publicó en Nature (Johannes Bausch, …, Demis Hassabis, …, Pushmeet Kohli, «Learning high-accuracy error decoding for quantum processors,» Nature 635: 834-840 (20 Nov 2024), doi: https://doi.org/10.1038/s41586-024-08148-8; más información divulgativa en Nadia Haider, «Quantum computing: physics–AI collaboration quashes quantum errors,» Nature 635: 822-823 (20 Nov 2024), doi: https://doi.org/10.1038/d41586-024-03557-1, y en Jie Pan, «Effective quantum error correction by AI,» Nature Computational Science (11 Dec 2024), doi: https://doi.org/10.1038/s43588-024-00755-9). La idea del algoritmo de corrección de errores se ilustra en esta figura para distancia d = 3 (matrix 3×3); de forma periódica se miden grupos de 2×2 cúbits mediante puertas lógicas de Pauli X y Z, para luego combinar d²−1 resultados con el objeto de, por un lado, representar el cúbit lógico mediante la operación XZZX, y, por otro lado, detectar los cúbits individuales que presentan errores (en podría decir que se trata de una versión cuántica de la detección de errores mediante un chequeo de paridad). En caso de detección de errores (hasta en un cúbit para d = 3) se pueden aplicar operadores X y Z para corregir dicho error. Este algoritmo de corrección de errores se aplica cada 1.1 μs. La ventaja de usar una red neuronal profunda como AlphaQubit es que la red aprende a predecir cuando se va a producir un error y logra actuar para evitarlo antes de que dicho error se produzca. El uso de códigos XZZX se publicó en J. Pablo Bonilla Ataides, David K. Tuckett, …, Benjamin J. Brown, «The XZZX surface code,» Nature Communications 12: 2172 (12 Apr 2021), doi: https://doi.org/10.1038/s41467-021-22274-1.

Los resultados parecen poco espectaculares, pues hay muy pocas cosas que se puedan usar con menos de cuatro cúbits lógicos; esto limita mucho las aplicaciones potenciales de un ordenador pequeño como Willow con sus 105 cúbits físicos. Pero estamos ante un prototipo tecnológico; lo que se espera que este tipo de técnicas de corrección de errores se puedan aplicar a ordenadores cuánticos con miles o incluso millones de cúbits físicos. En el artículo de AlphaQubit se afirma (sin demostración) que puede funcionar hasta con d = 19. El gran reto de la computación cuántica, demostrar la ventaja cuántica con un cálculo útil para una aplicación práctica, aún está lejos. Pero se está trabajando de forma firme en ello.

[PS 18 dic 2024] Me aclara Fran J. H. Heras @fjhheras.bsky.social, oyente habitual que trabaja en DeepMind de Google, que: «Una cosa que creo que se te ha escapado: en ninguno de los papers hay corrección activa de errores a tiempo real. AlphaQubit siempre opera offline (en los dos papers), usando datos del ordenador cuántico una vez han terminado los experimentos. En el Nature de Willow hay una demostración de tiempo real, pero no es completa. El «decoder» (en este caso no es AlphaQubit, es uno más tradicional basado en algoritmos de grafos) procesa las salidas del ordenador cuántico mientras hacemos el experimento (¡a la misma velocidad!), pero no manda una señal de corrección de vuelta al ordenador cuántico». Muchas gracias Fran por tus aclaraciones. [/PS]

Y pasamos a Señales de los Oyentes. Cebra pregunta: «¿Y el principio de Mach?» Contesto que la pregunta es relativa a la cosmología MOND de Sanders y que en su artículo de 1998 asume que en la futura cosmología mondiana pasará lo mismo que en la relatividad general, dicho principio no será aplicable. Recuerdo que el principio de Mach tiene como consecuencia que todo el universo influye sobre todo volumen finito (bromeo con que es el principio básico de la Astrología). Héctor comenta que tiene en mente otro enunciado del principio de Mach, en relación al problema de cómo determinar si un sistema de referencia es inercial; recuerda Gastón que ese es el problema del cubo de Newton. Héctor lo explica: la rotación del cubo de agua lleva a que su superficie adquiere una forma parabólica, que muestra que está en un sistema no inercial, respecto al sistema inercial en reposo de las estrellas lejanas. Gastón aclara la conexión con mi enunciado: si todo el universo rota (las estrellas lejanas), según Mach el agua del cubo también debería adquirir la forma parabólica, a pesar de estar en un sistema inercial. Gastón aclara que hay formulaciones más fuertes y más débiles del principio de Mach. Retorno a la pregunta, en la futura cosmología relativista MOND no habrá ningún efecto relacionado con el principio de Mach (a pesar de que en base a la idea MOND original de Milgrom debería existir dicho efecto). Las fuentes de la figura son Richard Staley, «Ernst Mach on bodies and buckets,» Physics Today 66: 42-47 (2013), doi: https://doi.org/10.1063/PT.3.2214, y «Absolute and Relational Space and Motion: Post-Newtonian Theories,» Stanford Encyclopedia of Philosophy (2006; 2021) [web].

Héctor se cuestiona en voz alta sobre la aceleración milgromiana universal, ¿qué dirección tiene si solo hay un único objeto en el universo? Contesto que con las ideas de Milgrom no habría aceleración en dicho caso, la aceleración siempre es relativa (tiene que haber al menos dos objetos para que sea observable). MOND se concibió pensando en galaxias, donde este tipo de cuestiones son irrelevantes. También comento que en las versiones relativistas de MOND (que no permiten obtener una cosmología compatible con la métrica FLRW, luego desagradan a Sanders), como TeVeS de Bekenstein, la aceleración tiene su origen en un campo escalar, que no tiene dirección.

P pregunta: «¿Cuántos estados de vacío predice la teoría M versus cuántos estados de vacío predice la teoría cuántica de campos que contiene el modelo estándar?» Contesta Gastón que el modelo estándar no tiene capacidad de predecir estados vacíos análogos a las predicciones cuerdistas. No se puede criticar a la teoría de cuerdas porque fracasa en hacer algo que solo ella podría hacer, ninguna otra teoría puede ser capaz de predecir el modelo estándar. Se le pide mucho a la teoría de cuerdas porque lo explica todo y se pretende que sea una teoría de todo. Yo aclaro que hay una confusión con el término vacío en la pregunta, pues se usa en dos sentidos muy diferentes. En teoría de cuerdas se llama vacío a una solución de la  teoría a baja energía (en la que no se observan las cuerdas); dicho vacío corresponde a un modelo con campos cuánticos en interacción, análogo al modelo estándar (que sería un «vacío» de la teoría de cuerdas). Pero en teoría cuántica de campos se llama vacío a un estado de un campo cuántico sin estados de tipo partícula; todos los campos del modelo estándar tienen un único vacío, salvo el campo de Higgs que tiene un vacío a baja energía y otro a alta energía (en este últimos el resto de las partículas carecen de masa). El concepto de vacío en el modelo estándar es muy diferente al concepto de vacío en la teoría de cuerdas. Gastón apostilla que hay una relación entre ambos conceptos de vacío, el vacío en teoría de cuerdas hace referencia a una solución de la teoría sin cuerdas (una solución vacía de cuerdas). En cierto sentido el vacío cuerdista es el límite clásico de la teoría y en la teoría cuántica de campos el vacío también tiene su origen en el límite clásico (un mínimo en el potencial clásico del campo).

Javier Benavides pregunta: «¿Está definido teóricamente un tamaño máximo para los agujeros negros supermasivos?» Contesto que no, en relatividad general no lo hay. Gastón apostilla que no existe dicho límite. Pero hay límites de tamaño en los modelos para la formación de las semillas de los agujeros negros supermasivos (que se forman durante la edad oscura del universo). Menciona un límite de 10¹² masas solares (pero no aclara en el contexto de qué modelo); luego menciona que pueden ser 10¹¹ o incluso 10¹⁰ masas solares, según el modelo (tampoco aclara cuáles tiene en mente).

Justiniano Estrada pregunta: «¿Qué fiables son las estimaciones de la geometría del universo? ¿Está consolidada la información actual al respecto?» Héctor contesta que por geometría se refiere a la curvatura del espacio. Aclara Gastón que es imposible medir el valor de algo que sea cero, solo se puede reducir el intervalo de incertidumbre en la medida. Yo comento que las medidas actuales son menores que su banda de error, luego son compatibles con cero. Pero que hay un sesgo hacia curvaturas negativas, aunque siempre dentro de la banda compatible con cero. Quizás algún día (pero creo que no será en este siglo XXI) se pueda obtener un valor negativo para la curvatura (como sugería Susskind en su entrevista), aunque sea muy pequeño. Gastón recuerda que algo parecido pasó con la constante cosmológica, que estaba en una banda compatible con cero hasta que se determinó en 1998 su valor con una banda de error que estaba separada de cero.

¡Que disfrutes del podcast!