Un avance que puede dar lugar a las computadoras cuánticas a gran escala

Fuente. http://www.kurzweilai.net/breakthrough-may-lead-to-large-scale-quantum-computing (traducido)
 
En un paso clave hacia la creación de un ordenador cuántico, investigadores de Princeton University  han desarrollado un método que puede permitir una transferencia rápida y fiable de la información cuántica a través de un dispositivo informático.
 
El hallazgo, realizado por un equipo dirigido por el físico de Princeton Jason Petta, con el tiempo podría permitir a los ingenieros construir ordenadores cuánticos de millones de bits cuánticos o qubits. Hasta el momento, los investigadores cuánticos sólo han sido capaces de manipular pequeños números de qubits.
 
Para realizar la transferencia, el equipo de Petta utilizó una corriente de fotones de microondas para analizar un par de electrones atrapados en una jaula diminuta enviado a  un punto cuántico . El "estado de espín" de los electrones - información sobre la forma en que están girando, una de las propiedades de los electrones - sirve como qubit, una unidad básica de información. La corriente de microondas permite a los científicos leer esa información.
"Creamos una cavidad con espejos en ambos extremos ... que reflejan la radiación de microondas", dijo Petta. "Enviamos microondas en un extremo, y nos fijamos en el microondas, ya que sale por el otro extremo. Las microondas se ven afectados por los estados de espín de los electrones en la cavidad, y se puede leer el cambio ".
En un sentido ordinario, las distancias implicadas son muy pequeños; todo el aparato funciona en un poco más de un centímetro. Pero en la escala subatómica, son enormes. Es como coordinar el movimiento de una peonza en la luna con otro en la superficie de la tierra.
"Es la cosa más increíble", dijo Jake Taylor, un físico del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología y del Joint Quantum Institute de la Universidad de Maryland, quien trabajó en el proyecto con el equipo de Princeton. "Usted tiene un solo electrón casi por completo para cambiar las propiedades de un sistema eléctrico de pulgadas de largo."
Durante años, los equipos científicos han perseguido la idea de usar la mecánica cuántica para construir una nueva máquina que fuera a revolucionar la informática. El objetivo no es construir un equipo más rápido o más fuerte, sino para construir uno que se acerque a los problemas de una manera completamente diferente.
 
Uno de los retos a los que se enfrentan los científicos es que los espines de los electrones, o cualquier otra partícula cuántica , son increíblemente delicados. Las influencias externas, ya sea un mechón de magnetismo o rayo de luz, desestabiliza espines de los electrones e introduce errores.
 
Con los años, los científicos han desarrollado técnicas para observar estados de espín sin molestarlos. (Este año el Premio Nobel de Física honró a dos científicos que primero demostraron la observación directa de las partículas cuánticas.) Sin embargo, el análisis de un pequeño número de vueltas no es suficiente, millones estarán obligados a hacer falta para un procesador cuántico real.

Hybrid puntos cuánticos dispositivo superconductor resonador. (A) de circuito esquemático y micrografía del diseño del dispositivo híbrido. Micrografía electrónica de barrido (b) y vista en sección transversal esquemática (c) de los nanocables doble de puntos cuánticos (DQD). Las puertas de barrera izquierdo y derecho (BL y BR), izquierda y derecha émbolo puertas (L y R), y la puerta central (M) están sesgados a crear un potencial de doble pozo dentro de los nanocables. El contacto de drenaje del nanocable, D, está conectado a tierra, y el contacto de fuente, S, está conectado a un antinodo del resonador, que oscila a una VCavity tensión. (Crédito Petersson et. Al.)

 

Para abordar el problema, el equipo de Petta, combinando técnicas a partir de dos ramas de la ciencia: de la ciencia de los materiales, se utiliza una estructura llamada un punto cuántico para mantener y analizar giros electrones, y de óptica, adoptaron un canal de microondas para transferir la información de giro de el punto.
 
Para hacer los puntos cuánticos, el equipo aisló un par de electrones en una pequeña sección de material que se llama un "nanocable semiconductor" - un cable que es tan delgada que puede contener electrones. Entonces crearon pequeñas "jaulas" a lo largo del alambre. Las jaulas se colocan de manera que los electrones se asentará en una jaula particular, dependiendo de su nivel de energía.
 
Así es como el equipo lee el estado de espín: los electrones de espín similares se repelen, mientras que las de giros diferentes se atraen. Así que el equipo manipula los electrones a un cierto nivel de energía, y después lee su posición. Si están en la misma jaula, están girando de manera diferente, y si son en jaulas diferentes, los giros son los mismos.
El segundo paso es colocar este punto cuántico dentro del canal de microondas. Esto permite que el equipo transfiera la información sobre el estado de giro del par - el qubit.
Petta indica que el próximo paso es aumentar la fiabilidad de la configuración de un par electrón. Después de eso, el equipo planea añadir más puntos cuánticos para crear más qubits. Los miembros del equipo son cautelosamente optimistas. No parece que existan problemas insuperables en este punto, pero, como con cualquier otro sistema, la complejidad creciente podría llevar a dificultades imprevistas.
 
"Los métodos que estamos utilizando aquí son escalables, y nos gustaría utilizarlo en un sistema más amplio", dijo Petta. "Sin embargo, para hacer uso de la escala, necesitamos que funcione un poco mejor. El primer paso es hacer mejores espejos de la cavidad de microondas. "

Robotica humanoide

Dentro de la robótica  humanoide se pueden establecer varios grupos de investigación, el de movimientos físicos,  el de gestos  y expresiones faciales y el de inteligencia artificial, sobre todo.

De entre ellos os presentamos un vídeo dedicado a expresiones y gestos faciales, para que veamos los avances conseguidos hasta ahora.

Cartografía de los circuitos cerebrales para funciones específicas

http://www.kurzweilai.net 19/10/2012

 Un equipo liderado por los neurocientíficos del MIT ha desarrollado una manera de controlar cómo las células cerebrales se coordinen entre sí para controlar los comportamientos específicos, como iniciar el movimiento o la detección de un olor.
La técnica de los investigadores está basado en la detección de iones de calcio en las neuronas, los cuáles podrían ayudar a asignar los circuitos del cerebro que desempeñan tales funciones.
También podría proporcionar nuevos conocimientos sobre los orígenes de las enfermedades psiquiátricas, dice Guoping Feng, autor principal de un artículo que aparece en la edición 18 de octubre de la revista Neuron.
"Para entender los trastornos psiquiátricos tenemos que estudiar los modelos animales, y para saber lo que pasa en el cerebro cuando el animal se comporta de manera anormal", dice Feng, W. James y Patricia Poitras catedrático de Neurociencia y miembro del Instituto McGovern para la Investigación del Cerebro en el MIT. "Esta es una herramienta muy potente que realmente nos ayudará a entender los modelos animales de estas enfermedades y estudiar cómo el cerebro funciona normalmente y en un estado de enfermedad."
(Autor principal del artículo es Neurona Instituto McGovern postdoc Qian Chen)
La realización de cualquier tipo de función cerebral requiere muchas neuronas en diferentes partes del cerebro para comunicarse entre sí. Ellos lograr esta comunicación mediante el envío de señales eléctricas, provocando un flujo de iones de calcio en las células activas. Usando colorantes que se unen al calcio, los investigadores ya han fotografiado la actividad neuronal en neuronas.
Orientación de tipos celulares específicos
Sin embargo, el cerebro contiene miles de tipos de células, cada una con distintas funciones, y el colorante se recoge  por todas las células, por lo que es imposible determinar calcio en determinados tipos de células con este enfoque.
Para superar esto, el equipo del MIT-LED creado un sistema de formación de imágenes de calcio que pueden ser dirigidos a tipos específicos de células, utilizando un tipo de proteína verde fluorescente (GFP). Junichi Nakai de la Universidad Saitama en Japón desarrolló por primera vez una GFP que se activa cuando se une al calcio, y uno de los autores de papel neurona, Loren Looger del Howard Hughes Medical Institute, modificada por la proteína por lo que su señal es lo suficientemente fuerte como para utilizar en vida animales.
Los investigadores del MIT usaron genéticamente ratones para analizar esta proteína en un tipo de neurona conocidas como células piramidales, por la vinculación del gen con una secuencia de ADN reguladora que es activa sólo en aquellos tipos específicos de células. El uso de dos fotones microscopicos para la imagen de las células a alta velocidad y alta resolución, los investigadores pueden identificar las células piramidales que están activos cuando el cerebro está realizando una tarea específica o responder a un estímulo determinado.
En este estudio, el equipo fue capaz de identificar las células en la corteza somatosensorial que se activan cuando los bigotes de un ratón se tocan, y las células olfativas que responden a ciertos aromas.
Los investigadores ahora están desarrollando ratones que expresan las proteínas sensibles al calcio y también muestran síntomas de comportamiento autista y trastorno obsesivo-compulsivo. El uso de estos ratones, los investigadores planean buscar los patrones de disparo de las neuronas que se diferencian de las de los ratones normales. Esto podría ayudar a identificar exactamente lo que va mal en el nivel celular, ofreciendo puntos de vista mecanicistas en esas enfermedades.
"En este momento, sólo se sabe que los defectos en neurona-neurona comunicación juegan un papel clave en los trastornos psiquiátricos. No sabemos la naturaleza exacta de los defectos y los tipos celulares específicos involucrados ", dice Feng. "Si supiéramos qué tipos de células son anormales, podríamos encontrar formas de corregir los patrones anormales de activación".
Los investigadores también planean combinar su tecnología de imagen con optogenética, lo que les permite utilizar la luz para convertir tipos específicos de neuronas dentro o fuera. Mediante la activación de células específicas y observando luego la respuesta en las células diana, que será capaz de asignar precisamente circuitos cerebrales.

Michiu Kaku: Un nano viaje a las estrellas

(Extraido del video The von Newman Probe (A nano ship to the stars, 2012, Octubre)

        Recientemente hubo una conferencia, el One Hundred Year Starship, y por supuesto, mucha gente llegó con diseños para tener gigantescos cohetes de fusión que nos llevará a Marte y Júpiter, más allá, hacia las estrellas. Otras personas dijeron que sí, cohetes de antimateria, ese es el camino a seguir, y todos tuvimos esta visión mental de la "Enterprise" yendo a los sistemas estelares cercanos. . . . Hay otra manera de hacerlo. Piensa en la madre naturaleza. Cuando la madre naturaleza quiere propagar la vida, una posibilidad es enviar semillas, no sólo uno o dos, sino de millones de semillas. La mayor parte de las semillas nunca lo hacen, pero sí uno o dos y, como consecuencia de la cantidad de árboles en los bosques de propagarse. ¿Por qué no crear un nano cohete utilizando la nanotecnología? ¿De qué tamaño sería? Algunas personas, como Paul Davies dice que podría ser tan grande como una caja de pan. Otras personas dicen que podría ser incluso menor que eso. ¿Por qué no algo del tamaño de una aguja? Y como son tan pequeños que no se necesita mucho para acelerar hasta casi la velocidad de la luz.

Darse cuenta de que un acelerador de mesa muy pequeña puede acelerar electrones a velocidades cercanas a la de la luz, por lo que no haría falta mucho para que podamos acelerar las moléculas de nano a velocidades muy, muy rápido cerca de la velocidad de la luz usando campos eléctricos. Ahora estas sondas serían diferentes de sondas ordinarias. Serían nanobots. Ellos tienen la capacidad para aterrizar en un terreno hostil y crear una fábrica como un virus. Eso es lo que hacen los virus. Se replican. Un virus puede crear tal vez un millar de ejemplares, luego mil, mil copias y luego un millón, mil millones, billones y de repente tienes trillones de estas cosas se propagan a través del espacio exterior. ¿Y cómo lo harías? Una posibilidad es utilizar los campos, los campos magnéticos alrededor de Júpiter. Los cálculos han demostrado que usted puede azotar alrededor de Júpiter usando lo que se llama el Efecto Faraday para azotar a las partículas tal vez cerca de la velocidad de la luz.

Y de nuevo, no tenemos estos nanobots todavía. Tenemos que esperar hasta que la nanotecnología se vuelva lo suficientemente desarrollada, pero cuando eso sucede tal vez la nave de 100 años no va a parecerse a la Enterprise. Tal vez se verá como pequeñas agujas, poco a los miles de millones enviados al espacio exterior y tal vez sólo un puñado de ellos la tierra en un planeta distante para crear fábricas. Y ¿no suena familiar? Esta es la trama de la película de 2001. Recuerde que obelisco gigante en Marte? Esa fue la sonda Von Neumann, un virus, una sonda de auto-replicantes con que se puede explorar el universo casi a la velocidad de la luz.

Semiconductores: El grafeno, el sustituto del silício

Es transparente, flexible, extraordinariamente resistente, impermeable, abundante, económico y conduce la electricidad mejor que ningún otro metal conocido. Hablamos del grafeno, el material que tiene fascinados a científicos y a la industria debido a sus fantásticas propiedades.
Aunque fue sintetizado por primera vez en 2004, saltó a la fama en 2010 cuando sus descubridores, los investigadores de origen ruso Andre Geim (Sochi, 1958) y Konstantin Novoselov (Nizhny Tagil, 1974) recibieron el Premio Nobel de Física. Como ya apuntó entonces Andre Geim, las aplicaciones potenciales del grafeno son tantas que ni siquiera eran capaces de enumerarlas.

En fase de desarrollo

Todos hablan de este material aunque pocos lo han visto. Y es que, pese a sus prometedoras aplicaciones, todavía se encuentra en fase de desarrollo. El grafeno es una lámina extremadamente delgada compuesta de carbono (sólo tiene un átomo de grosor). El grafito del que se obtiene es el mismo que se extrae de las minas de carbón y se usa para fabricar lápices, frenos de coches o aceros, por lo que se trata de una materia prima muy abundante en la naturaleza. Para conseguir grafeno se puede partir del grafito natural (las minas españolas son ricas en este mineral) o del grafito sintético.
El principal obstáculo en la actualidad es que aún no es posible fabricar grafeno a gran escala, según explica Jesús de la Fuente, director de la empresa española Graphenea Nanomaterials, una de las pocas compañías que de momento, producen este material. Avanzare y GranphNanotech son otras dos empresas españolas que trabajan con él.

Grafeno el material del futuro 

• Una nueva técnica permitirá crear chips ultradelgados basados en grafeno

  El equipo investigador del químico Jiwoong Park de la Universidad de Cornell, Ithaca y Nueva York, han inventado una forma de organizar siguiendo un patrón determinado, películas de nitruro de boro (aislante) y de grafeno de un solo átomo de espesor, sin usar en ellas un substrato de silicio.
  Esta nueva técnica podría conducir al desarrollo y fabricación fácil de circuitos con grosor atómico y libres de substratos ya que por su delgadez extrema podrían flotar en el agua o en el aire. Este revolucionario método de fabricación el cual utiliza la misma tecnología básica de fotolitografía usada en el procesamiento de obleas de silicio, se permite que el grafeno y el nitruro de boro conformen películas del todo planas, estructuralmente lisas, sin arrugas ni desniveles.
  
  Este paso de producción, si se complementa con el paso final, que todavía no se ha logrado poner en práctica satisfactoriamente y que consiste en introducir un material semiconductor, podría conducir al primer circuito integrado con el grosor de un solo átomo.
  
  El equipo de investigación ahora trabaja para determinar qué material funcionaría mejor con las películas delgadas de grafeno y nitruro de boro para constituir la última capa semiconductora que podría convertir las películas en circuitos reales.
  En el trabajo de investigación y desarrollo también han intervenido David A. Muller, Mark Levendorf y Cheol-Joo Kim.
  
  Los circuitos integrados que están dentro de los equipos electrónicos de todo tipo y que están hechos de silicio cuidadosamente trabajado, son bastante delgados pero algunos científicos piensan que el grosor de las películas delgadas que se utilizan en ellos se puede reducir aún más, hasta el nivel de un solo átomo.
  
  Los materiales que un grupo de científicos ha escogido para intentar eso son el grafeno y el nitruro de boro hexagonal.
  
  El grafeno es un singular material que consiste en una sola capa de átomos de carbono colocados en una retícula hexagonal similar a la de un panal de miel.
  
  El nitruro de boro hexagonal consiste en una estructura también delgada hecha de átomos de boro y nitrógeno dispuestos en un patrón repetitivo.
  

   

 

Rastreador digital de mano: interacción 3D sin guantes

Sensor sin guantes de muñeca desarrollada por Microsoft Research en Cambridge, Reino Unido, permite 3-D interacción persona-ordenador en cualquier entorno y es práctico más allá de los juegos de ordenador.

Células reprogramables, un descubrimiento científico que ha abierto nuevas vías en la investigación biomédica

El estudio se basa en la acción de una determina proteína capaz de modificar el patrón de la reprogramación celular, realizada precisamente por los investigadores.

La reprogramación celular rompió el dogma en biología de que la diferenciación celular terminal era irreversible, es decir, una vez que una célula adopta un destino concreto hacia por ejemplo, una célula neuronal o hepática,  ya no puede revertir el proceso y volver al estadio inicial de pluripotencialidad o de adoptar diferentes fenotipos celulares. Yamanaka, que continuó las investigación de Gurdon, demostró en 2006 que este proceso se puede revertir, al menos parcialmente, de tal manera que, una célula diferenciada de la piel de una persona mediante su reprogramación genética puede adquirir un fenotipo “desdiferenciado” idóneo para diferenciarla hacia un tipo celular distinto. Sólo es necesario introducir 4 genes a una célula adulta para activar la reprogramación y conseguir el estadio de célula madre pluripotente.
 
Ciertos inconvenientes rodean la reprogramación celular. De acuerdo con Fernández- Salguero,  investigaciones recientes demuestran que la reprogramación no es total, por eso no se les denomina células madres sino células pluripotenciales o iPS, que al no ser 100% embrionarias tienen limitada por tanto, su capacidad de desarrollar diferentes tejidos o de diferenciarse a distintos  tipos celulares. Además, “la célula diferenciada posee la memoria epigenética de la célula en cuestión, memoria que no se elimina  completamente durante la reprogramación”, señala el profesor. Ciertos laboratorios han observado que las células pluripotenciales reprogramadas tienen más capacidad de inducir tumores porque la reparación epigenética no se lleva de manera completa. La epigenética hace referencia a  las modificaciones que se producen en los genes que no afectan a la secuencia  de nucleótidos del gen, son cambios inducidos por el medio ambiente y por la propia célula sobre todo. “Si tuviéramos un dictado de letras, las combinaciones de letras formarían el gen y cómo se modifican esas letras sería la epigenética”, explica el investigador.


Conviene distinguir la reprogramación celular de la técnica a partir de células madre ya que ambas están muy relacionadas pero son diferentes. La técnica con células madre permite diferenciar las células hacia un tipo celular de interés, por ejemplo, diferenciar las células madre hacia epitelio normal para fabricar células cardíacas para regenerar un infarto de miocardio. La técnica de Yamanaka parte de células adultas ya diferenciadas y reprogramarlas hacia un estadio de menos diferenciación, pluripotencial.


Fernández-Salguero resalta que es un premio muy merecido puesto que abre muchas posibilidades terapéuticas. Sin embargo, hay que ser cautelosos, como así lo refleja el propio Yamanaka en artículos divulgativos recientes,  se desconoce el comportamiento a largo plazo de las células reprogramadas  así como los posibles efectos secundarios en el paciente.   Según apunta el investigador de la UEx, el propio Yamanaka alerta sobre empresas que ofrecen terapias basadas en la reprogramación celular en pacientes sin control riguroso tanto en investigación básica, como clínica y preclínica.

Conferencia a cargo de Maria Pia Cosma, Profesora Investigadora ICREA, jefa del laboratorio Reprogramación y Regeneración, dentro programa de investigación Regulación Génica, Células Madre y Cáncer, en el Centro de Regulación Genómica (CRG), en Barcelona.

La telomerasa y la longevidad

Los telómeros cortos son la principal fuente del envejecimiento del organismo

La hipótesis más aceptada de por qué envejecemos es la acumulación de daño en nuestro material genético (DNA), que se produciría asociado al proceso mismo de la vida. Sin embargo, la naturaleza del daño causante de envejecimiento es aún motivo de intenso debate científico. Trabajos recientes con ratones modificados genéticamente sugieren que los “radicales libres”, popular teoría de envejecimiento, no parecen ser los causantes del envejecimiento del organismo.

Las células, al irse dividiendo para dar lugar a nuevas células, van transmitiendo un DNA dañado e incompleto debido a la pérdida progresiva de unas estructuras protectoras del DNA denominadas telómeros. Cuando los telómeros se acortan por debajo de una longitud mínima, las células interrumpen su ciclo celular y dejan de regenerar los tejidos, produciéndose así el envejecimiento de las células y consecuentemente el envejecimiento de todo el organismo.
Esta idea, tiene un amplio apoyo experimental con ratones modificados genéticamente para la telomerasa, el enzima que sintetiza los telómeros, asi como con enfermedades humanas de envejecimiento prematuro debidas a un acortamiento acelerado de los telómeros.

 Cuanto más largos son los telómeros, más puede multiplicarse una célula (incluidas las células madre que regeneran los tejidos) y por lo tanto el organismo se mantiene joven durante más tiempo. La relación entre telómeros y envejecimiento se conoce desde 1990 gracias a las investigaciones de Carol Greider y Calvin Harley. Existe además una enzima que contribuye a este proceso, alargando los telómeros: la telomerasa. Por su descubrimiento han recibido este año el Premio Nobel de Medicina Elisabeth H. Blackburn, Carol W. Greider, y Jack W. Szostak.

El equipo de Maria A. Blasco demostró el año pasado (en noviembre, en la revista Cell) que la relación entre telómeros y envejecimiento también funcionaba en mamíferos. Ratones tratados con telomerasa envejecen más tarde y viven hasta un 40% más. Pero hasta ahora se desconocía el mecanismo interno exacto que producía que una célula con telómeros cortos envejeciera antes que las demás.

Este video muestra lo que es la telomerasa y cómo su acortamiento influencia en la vejez. Incluye entrevista a Maria Blasco

Cómo duplicar el poder de los paneles solares

Una micrografía muestra nanocables de silicio producidos por ingeniería. Estos pueden ayudar a una célula solar a absorber más luz.

En un intento por bajar aún más el costo de la energía solar, Ingeniería Bandgap tiene un proyecto a largo plazo para desarrollar una célula solar basada en nanocables que podrían eventualmente generar energía dos veces más que las células solares convencionales, informes de Technology Review.

Mientras tanto, la compañía está a punto de lanzar una versión más sencilla de la tecnología, utilizando nanocables de silicio que pueden mejorar el rendimiento y reducir el coste de las células solares de silicio convencionales.

Bandgap dice que sus nanocables, los cuales se pueden construir utilizando las herramientas existentes de fabricación, aumentar la producción de energía de las células solares, aumentando la cantidad de luz que las células puedan absorber.

Estos cambios podrían llevar a los paneles solares que convierten más del 20 por ciento de la energía de la luz solar en electricidad (en comparación con alrededor del 15 por ciento para la mayoría de las células solares ahora) pero cuesta sólo $ 1 por vatio para producir e instalar, dice Richard Chleboski, CEO Bandgap.

Descubierto un planeta en la estrella Alfa Centauro B

El descubrimiento fue anunciado el 16 de octubre de 2012, de un planeta casi idéntico a la  Tierra en masa, en órbita alrededor de Alfa Centauri B. Este descubrimiento sorprendente  fue el resultado de cuidadosas mediciones de la posición de la estrella tres veces por noche durante más de tres años utilizando el instrumento HARPS (High Accuracy radial Velocity Planet Buscador espectrógrafo) unido al Observatorio Europeo del Sur telescopio de 3,6 metros en La Silla, Chile. [1]

Desafortunadamente, Alpha Cen Ba no ofrece ninguna esperanza de ser habitado, ya que, a una distancia de sólo 3,6 millones de millas (6,000,000 kilometros), está mucho más cerca de su estrella que Mercurio del Sol, de modo que su superficie debe ser intensamente caliente (alrededor de 2.200 ° F) y estéril. Su periodo orbital es de sólo 3,2 días. Sin embargo, su existencia misma impulsará la búsqueda de otros mundos en el sistema Alpha Centauri y seguirá motivando a los que participan en SETI y el diseño de naves espaciales capaz de realizar viajes interestelares a mayor velocidad.

Robot Honda Asimo 2012

Como inicio del blog, y a modo de pruebas, comienzo con un video sobre el popular robot Asimo de Honda, que en 2012 presentó las novedades que aparecen en el video que os muestro a continuación. Espero que sea de su agrado.