Los eventos de menor escala tienen consecuencias gigantes. Y ningún campo de la ciencia demuestra eso mejor que la física cuántica, que explora los comportamientos extraños de, en su mayoría, cosas muy pequeñas. En 2019, los experimentos cuánticos fueron a lugares nuevos e incluso más extraños y la informática cuántica práctica se acercó cada vez más a la realidad, a pesar de algunas controversias. Estos fueron los eventos cuánticos más importantes y sorprendentes de 2019.
Google afirma "supremacía cuántica"
Si una noticia cuántica de 2019 aparece en los libros de historia, probablemente será un gran anuncio de parte de Google: la compañía de tecnología anunció que había logrado la "supremacía cuántica". Esa es una manera elegante de decir que Google había construido una computadora que podía realizar ciertas tareas más rápido que cualquier computadora clásica. (La categoría de computadoras clásicas incluye cualquier máquina que se base en 1s y 0s antiguos normales, como el dispositivo que está utilizando para leer este artículo).
La afirmación de supremacía cuántica de Google, si se confirma, marcaría un punto de inflexión en la historia de la informática. Las computadoras cuánticas dependen de extraños efectos físicos a pequeña escala como enredos, así como ciertas incertidumbres básicas en el nanouniverso, para realizar sus cálculos. En teoría, esa calidad le da a estas máquinas ciertas ventajas sobre las computadoras clásicas. Pueden romper fácilmente los esquemas de cifrado clásicos, enviar mensajes perfectamente cifrados, ejecutar algunas simulaciones más rápido que las computadoras clásicas y, en general, resolver problemas difíciles con mucha facilidad. La dificultad es que nadie hizo una computadora cuántica lo suficientemente rápido como para aprovechar esas ventajas teóricas, o al menos nadie lo hizo, hasta la hazaña de Google este año.
Sin embargo, no todos compran el reclamo de supremacía de la compañía de tecnología. Subhash Kak, un escéptico cuántico e investigador de la Universidad Estatal de Oklahoma, expuso varias de las razones en este artículo para Live Science.
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El kilogramo se vuelve cuántico
Otro punto de inflexión cuántica de 2019 provino del mundo de los pesos y las medidas. El kilogramo estándar, el objeto físico que definió la unidad de masa para todas las mediciones, había sido durante mucho tiempo un cilindro de platino-iridio de 130 años que pesaba 2.2 libras. y sentado en una habitación en Francia. Eso cambió este año.
El viejo kilo era bastante bueno, apenas cambiando de masa a lo largo de las décadas. Pero el nuevo kilo es perfecto: basándose en la relación fundamental entre masa y energía, así como en una peculiaridad en el comportamiento de la energía a escalas cuánticas, los físicos pudieron llegar a una definición del kilogramo que no cambiará en absoluto entre Este año y el fin del universo.
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La realidad se rompió un poco
Un equipo de físicos diseñó un experimento cuántico que mostró que los hechos realmente cambian según su perspectiva de la situación. Los físicos realizaron una especie de "lanzamiento de monedas" usando fotones en una pequeña computadora cuántica, descubriendo que los resultados eran diferentes en diferentes detectores, dependiendo de sus perspectivas.
"Mostramos que, en el micromundo de átomos y partículas que se rige por las extrañas reglas de la mecánica cuántica, dos observadores diferentes tienen derecho a sus propios hechos", escribieron los experimentadores en un artículo para Live Science. "En otras palabras, de acuerdo con nuestra mejor teoría de los componentes básicos de la naturaleza misma, los hechos pueden ser subjetivos".
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El enredo recibió su glamour
Por primera vez, los físicos hicieron una fotografía del fenómeno que Albert Einstein describió como "acción espeluznante a distancia", en la que dos partículas permanecen físicamente unidas a pesar de estar separadas a través de las distancias. Esta característica del mundo cuántico se había verificado experimentalmente durante mucho tiempo, pero esta era la primera vez que alguien podía verla.
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Algo grande fue en múltiples direcciones
En cierto modo, el opuesto conceptual del enredo, la superposición cuántica permite que un solo objeto esté en dos (o más) lugares a la vez, como consecuencia de la materia existente como partículas y ondas. Por lo general, esto se logra con pequeñas partículas como los electrones.
Pero en un experimento de 2019, los físicos lograron lograr la superposición a la mayor escala: utilizando moléculas descomunales de 2.000 átomos del mundo de la ciencia médica conocidas como "oligo-tetrafenilporfirinas enriquecidas con cadenas de fluoroalquilsulfanilo".
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El calor cruzó el vacío
En circunstancias normales, el calor puede cruzar el vacío de una sola manera: en forma de radiación. (Eso es lo que siente cuando los rayos del sol cruzan el espacio para golpear su cara en un día de verano). De lo contrario, en los modelos físicos estándar, el calor se mueve de dos maneras: primero, las partículas energizadas pueden golpear otras partículas y transferir su energía. . (Envuelva sus manos alrededor de una taza de té caliente para sentir este efecto). Segundo, un líquido tibio puede desplazar un líquido más frío. (Eso es lo que sucede cuando enciende el calentador en su automóvil, inundando el interior con aire caliente). Entonces, sin radiación, el calor no puede atravesar el vacío.
Pero la física cuántica, como siempre, rompe las reglas. En un experimento de 2019, los físicos aprovecharon el hecho de que a escala cuántica, las aspiradoras no están realmente vacías. En cambio, están llenos de pequeñas fluctuaciones aleatorias que aparecen y desaparecen. Los investigadores descubrieron que a una escala lo suficientemente pequeña, el calor puede cruzar un vacío al saltar de una fluctuación a la siguiente a través del espacio aparentemente vacío.
Lea más sobre el calor que salta a través del vacío cuántico del espacio.
Causa y efecto podrían haber retrocedido
Este próximo hallazgo está lejos de ser un descubrimiento verificado experimentalmente, e incluso está muy fuera del ámbito de la física cuántica tradicional. Pero los investigadores que trabajan con la gravedad cuántica, una construcción teórica diseñada para unificar los mundos de la mecánica cuántica y la relatividad general de Einstein, mostraron que, bajo ciertas circunstancias, un evento podría causar un efecto que ocurrió antes en el tiempo.
Ciertos objetos muy pesados pueden influir en el flujo del tiempo en sus inmediaciones debido a la relatividad general. Sabemos que esto es verdad. Y la superposición cuántica dicta que los objetos pueden estar en varios lugares a la vez. Coloque un objeto muy pesado (como un gran planeta) en un estado de superposición cuántica, escribieron los investigadores, y puede diseñar escenarios extraños en los que la causa y el efecto tengan lugar en el orden incorrecto.
Lea más sobre la reversión de causa y efecto.
Túnel cuántico agrietado
Los físicos han sabido por mucho tiempo sobre un extraño efecto conocido como "túnel cuántico", en el cual las partículas parecen pasar a través de barreras aparentemente intransitables. Sin embargo, no es porque sean tan pequeños que encuentren agujeros. En 2019, un experimento mostró cómo sucede esto realmente.
La física cuántica dice que las partículas también son ondas, y puedes pensar en esas ondas como proyecciones de probabilidad para la ubicación de la partícula. Pero todavía son olas. Rompe una ola contra una barrera en el océano y perderá algo de energía, pero una ola más pequeña aparecerá en el otro lado. Un efecto similar ocurre en el mundo cuántico, encontraron los investigadores. Y siempre que quede un poco de onda de probabilidad en el lado más alejado de la barrera, la partícula tiene la posibilidad de atravesar la obstrucción, haciendo un túnel a través de un espacio donde parece que no debería caber.
Lea más sobre el sorprendente efecto de túnel cuántico.
El hidrógeno metálico puede haber aparecido en la Tierra
Este fue un gran año para la física de ultra alta presión. Y una de las afirmaciones más audaces provino de un laboratorio francés, que anunció que había creado una sustancia del Santo Grial para la ciencia de los materiales: el hidrógeno metálico. Bajo presiones suficientemente altas, como las que se cree que existen en el núcleo de Júpiter, se cree que los átomos de hidrógeno de un solo protón actúan como un metal alcalino. Pero nadie había logrado generar presiones lo suficientemente altas como para demostrar el efecto en un laboratorio antes. Este año, el equipo dijo que lo habían visto a 425 gigapascales (4,2 millones de veces la presión atmosférica de la Tierra al nivel del mar). Sin embargo, no todos compran ese reclamo.
Lea más sobre el hidrógeno metálico.
Vimos la tortuga cuántica
Zap una masa de átomos sobreenfriados con un campo magnético, y verá "fuegos artificiales cuánticos": chorros de átomos disparando en direcciones aparentemente aleatorias. Los investigadores sospecharon que podría haber un patrón en los fuegos artificiales, pero no era obvio solo por mirar. Sin embargo, con la ayuda de una computadora, los investigadores descubrieron una forma del efecto de los fuegos artificiales: una tortuga cuántica. Sin embargo, nadie está seguro de por qué toma esa forma.
Lea más sobre la tortuga cuántica.
Una pequeña computadora cuántica regresó el tiempo
Se supone que el tiempo se mueve en una sola dirección: hacia adelante. Derrame un poco de leche en el suelo, y no hay forma de secar perfectamente la suciedad y devolver esa misma leche limpia a la taza. Una función de onda cuántica en expansión no se desdobla.
Excepto en este caso, lo hizo. Usando una pequeña computadora cuántica de dos qubits, los físicos pudieron escribir un algoritmo que podría devolver cada onda de una onda a la partícula que la creó, desenrollando el evento y retrocediendo efectivamente la flecha del tiempo.
Lea más sobre cómo invertir la flecha del tiempo.
Otra computadora cuántica vio 16 futuros
Una buena característica de las computadoras cuánticas, que dependen de superposiciones en lugar de 1s y 0s, es su capacidad de realizar múltiples cálculos a la vez. Esa ventaja se muestra en su totalidad en un nuevo motor de predicción cuántica desarrollado en 2019. Simulando una serie de eventos conectados, los investigadores detrás del motor pudieron codificar 16 futuros posibles en un solo fotón en su motor. Ahora que es multitarea!
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