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Ciencia

Simulan una molécula orgánica con un procesador cuántico

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MADRID, 24 Jun. (EUROPA PRESS) – Físicos informáticos cuánticos en UNSW Sydney han diseñado un procesador cuántico a escala atómica para simular el comportamiento de una pequeña molécula orgánica con asombrosa precisión.

El equipo ha resuelto así un desafío planteado hace unos 60 años por el físico teórico Richard Feynman.

El logro representa un hito importante en la carrera por construir la primera computadora cuántica del mundo y demuestra la capacidad del equipo para controlar los estados cuánticos de electrones y átomos en el silicio a un nivel exquisito que no se había logrado antes.

En un artículo publicado en la revista Nature, los investigadores describieron cómo pudieron imitar la estructura y los estados de energía del compuesto orgánico poliacetileno, una cadena repetitiva de átomos de carbono e hidrógeno que se distinguen por la alternancia de enlaces simples y dobles de carbono.

La investigadora principal, la profesora de ciencia Michelle Simmons, dijo que el equipo de Silicon Quantum Computing, una de las empresas emergentes de la UNSW, construyó un circuito integrado cuántico que comprende una cadena de 10 puntos cuánticos para simular la ubicación precisa de los átomos en la cadena de poliacetileno.

“Si regresas a la década de 1950, Richard Feynman dijo que no puedes entender cómo funciona la naturaleza a menos que puedas construir materia en la misma escala de longitud”, dijo la profesora Simmons en un comunicado.

“Y eso es lo que estamos haciendo, literalmente lo estamos construyendo de abajo hacia arriba, donde estamos imitando la molécula de poliacetileno al colocar átomos en silicio con las distancias exactas que representan los enlaces carbono-carbono simples y dobles”.

La investigación se basó en medir la corriente eléctrica a través de una réplica de 10 puntos cuánticos diseñada deliberadamente de la molécula de poliacetileno a medida que cada nuevo electrón pasaba de la salida de la fuente del dispositivo al drenaje, el otro extremo del circuito. Para estar doblemente seguros, simularon dos hebras diferentes de las cadenas de polímero.

En el primer dispositivo cortaron un trozo de la cadena para dejar dobles enlaces al final dando 10 picos en la corriente. En el segundo dispositivo, cortaron un fragmento diferente de la cadena para dejar enlaces simples al final que solo dieron lugar a dos picos en la corriente. Por lo tanto, la corriente que pasa a través de cada cadena era dramáticamente diferente debido a las diferentes longitudes de enlace de los átomos al final de la cadena.

Las medidas no solo coincidieron con las predicciones teóricas, sino que coincidieron perfectamente.

“Lo que muestra es que literalmente puedes imitar lo que realmente sucede en la molécula real. Y es por eso que es emocionante porque las firmas de las dos cadenas son muy diferentes”, dijo el profesor Simmons.

“La mayoría de las otras arquitecturas de computación cuántica que existen no tienen la capacidad de diseñar átomos con precisión subnanométrica o permitir que los átomos se asienten tan cerca. Y eso significa que ahora podemos comenzar a comprender moléculas cada vez más complicadas en función de colocar los átomos en su lugar como si estuvieran imitando el sistema físico real”.

Según el profesor Simmons, no fue casualidad que se eligiera una cadena de carbono de 10 átomos porque se encuentra dentro del límite de tamaño de lo que una computadora clásica puede calcular, con hasta 1024 interacciones separadas de electrones en ese sistema. Aumentarlo a una cadena de 20 puntos haría que el número de posibles interacciones aumentara exponencialmente, lo que dificultaría la resolución de una computadora clásica.

“Estamos cerca del límite de lo que pueden hacer las computadoras clásicas, por lo que es como salir del borde hacia lo desconocido”, dice.

“Y esto es lo que es emocionante, ahora podemos hacer dispositivos más grandes que van más allá de lo que una computadora clásica puede modelar. Entonces podemos observar moléculas que no han sido simuladas antes. Vamos a poder entender el mundo de una manera diferente, abordando cuestiones fundamentales que nunca antes habíamos podido resolver”.

Una de las preguntas a las que aludió el profesor Simmons es sobre comprender e imitar la fotosíntesis: cómo las plantas usan la luz para crear energía química para el crecimiento. O comprender cómo optimizar el diseño de catalizadores utilizados para fertilizantes, actualmente un proceso de alta energía y alto costo.

“Entonces, hay enormes implicaciones para comprender fundamentalmente cómo funciona la naturaleza”, dijo.

Mucho se ha escrito sobre las computadoras cuánticas en las últimas tres décadas y la pregunta de los mil millones de dólares siempre es “¿pero cuándo podremos ver una?”.

El profesor Simmons dice que el desarrollo de las computadoras cuánticas está en una trayectoria comparable a la evolución de las computadoras clásicas: de un transistor en 1947 a un circuito integrado en 1958, y luego pequeños chips informáticos que se convirtieron en productos comerciales como calculadoras aproximadamente cinco años después. .

“Y ahora estamos replicando esa hoja de ruta para las computadoras cuánticas”, dice el profesor Simmons.

“Comenzamos con un transistor de un solo átomo en 2012. Y este último resultado, realizado en 2021, es el equivalente al circuito integrado cuántico a escala atómica, dos años antes de tiempo. Si lo mapeamos a la evolución de la computación clásica, estamos prediciendo que deberíamos tener algún tipo de resultado comercial de nuestra tecnología dentro de cinco años”.

Ciencia

Bosques diversos son un 70% más eficaces como sumideros de carbono

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MADRID, 10 Nov. (EUROPA PRESS) –

Los bosques mixtos son especialmente eficaces en el almacenamiento de carbono, ya que diferentes especies con rasgos complementarios pueden aumentar el almacenamiento total de carbono.

En comparación con los bosques monoespecíficos, los bosques mixtos también son más resistentes a plagas, enfermedades y perturbaciones climáticas, lo que aumenta su potencial de almacenamiento de carbono a largo plazo.

La prestación de otros servicios ecosistémicos también es mayor en los bosques de especies mixtas, y mantienen niveles más altos de biodiversidad, según un estudio publicado en la revista ‘Frontiers in Forests and Global Change’.

Aunque los beneficios de los sistemas forestales diversos son bien conocidos, los compromisos de restauración de muchos países se centran en el establecimiento de plantaciones de monocultivos.

Ante esta práctica, un equipo internacional de científicos ha comparado las reservas de carbono de los bosques plantados con especies mixtas con las reservas de carbono de los monocultivos comerciales y de mejor rendimiento, así como con la media de los monocultivos.

“Los bosques plantados diversos almacenan más carbono que los monocultivos: más del 70% –afirma la doctora Emily Warner, investigadora postdoctoral en ecología y ciencias de la biodiversidad del Departamento de Biología de la Universidad de Oxford (Reino Unido) y primera autora del estudio–. También hallamos el mayor aumento del almacenamiento de carbono en relación con los monocultivos en las mezclas de cuatro especies”.

Los investigadores analizaron estudios publicados desde 1975 que comparaban directamente el almacenamiento de carbono en bosques mixtos y monoespecíficos, y lo combinaron con datos inéditos de una red mundial de experimentos de diversidad arbórea.

“Queríamos reunir y evaluar las pruebas existentes para determinar si la diversificación forestal proporciona beneficios en el almacenamiento de carbono”, explica Warner.

La riqueza de especies de los bosques plantados mixtos evaluados en el estudio oscilaba entre dos y seis especies. En el conjunto de datos con el que trabajaron los científicos, las mezclas de cuatro especies fueron los sumideros de carbono más eficaces.

Una de esas mezclas estaba compuesta por diferentes árboles de hoja ancha que pueden encontrarse en toda Europa. Las mezclas con dos especies también tenían mayores reservas de carbono sobre el suelo que los monocultivos y almacenaban hasta un 35% más de carbono. Sin embargo, los bosques compuestos por seis especies no mostraron ninguna ventaja clara frente a los monocultivos.

En consecuencia, los investigadores pudieron demostrar que la diversificación de los bosques aumenta el almacenamiento de carbono. En conjunto, las reservas de carbono por encima del suelo en los bosques mixtos eran un 70% superiores a las del monocultivo medio.

También descubrieron que los bosques mixtos tenían un 77% más de reservas de carbono que los monocultivos comerciales, compuestos por especies criadas para ser especialmente productivas.

“A medida que crece el interés por la plantación de árboles, nuestro estudio pone de relieve que las plantaciones de especies mixtas aumentarían el almacenamiento de carbono junto con otros beneficios de la diversificación de los bosques plantados”, afirma la doctora Susan Cook-Patton, científica experta en restauración forestal de The Nature Conservancy y colaboradora en el estudio.

Los resultados son especialmente relevantes para los gestores forestales, ya que demuestran que existe un incentivo de productividad para diversificar las nuevas plantaciones forestales, señalan los investigadores.

Aunque demuestran que los bosques mixtos tienen un mayor potencial para almacenar más carbono, los investigadores advierten de que su estudio no está exento de limitaciones, como la escasez general de estudios sobre bosques mixtos frente a monocultivos, en particular estudios de bosques más antiguos y con mayores niveles de diversidad arbórea.

“Este estudio demuestra el potencial de diversificación de los bosques plantados y también la necesidad de datos experimentales a largo plazo para explorar los mecanismos que subyacen a nuestros resultados”, afirma Warner.

“Es urgente explorar más a fondo cómo cambian los beneficios de la diversificación en cuanto al almacenamiento de carbono en función de factores como la ubicación, las especies utilizadas y la edad del bosque”, alienta.

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Ciencia

Predicen que hay un planeta como la Tierra en el cinturón de Kuiper

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MADRID, 8 Sep. (EUROPA PRESS) –

Investigadores japoneses predicen, basándose en simulaciones por ordenador, la probable existencia de un planeta similar a la Tierra en el lejano cinturón de Kuiper.

Hay muchas anomalías inexplicables en las órbitas y la distribución de los objetos transneptunianos, pequeños cuerpos celestes ubicados en los confines del sistema solar. Ahora, basándose en simulaciones detalladas por computadora del sistema solar exterior temprano, científicos liderados desde la Universidad de Kindai predicen la posibilidad de que un planeta similar a la Tierra no descubierto más allá de Neptuno orbite alrededor del Sol. Si esta predicción se hiciera realidad, podría revolucionar nuestra comprensión de la historia del sistema solar, afirma la universidad en un comunicado.

Como su nombre indica, los TNO son pequeños cuerpos celestes que orbitan alrededor del Sol a una distancia promedio mayor que la órbita de Neptuno. En particular, el lejano Cinturón de Kuiper, la región situada a más de 7.500 millones de kilómetros (o 50 unidades astronómicas) del Sol, contiene muchos TNO. Si bien estos objetos representan los restos de formación planetaria en el sistema solar exterior, sus órbitas y distribución bien podrían revelar la presencia de planetas no descubiertos.

En un estudio publicado en The Astronomical Journal, el profesor asociado Patryk Sofia Lykawka de la Universidad de Kindai en Japón y el profesor asociado Takashi Ito del Centro de Astrofísica Computacional del Observatorio Astronómico Nacional de Japón (CfCA/NAOJ) abordó este rompecabezas. Basándose en el análisis teórico de las observaciones junto con simulaciones por computadora de última generación, llegaron a la sorprendente conclusión de que un planeta similar a la Tierra (un planeta entre 1,5 y 3 veces más masivo que la Tierra) puede estar acechando en el distante Cinturón de Kuiper.

Los investigadores comenzaron analizando en detalle la estructura orbital del lejano Cinturón de Kuiper, que presenta varias anomalías inexplicables. Por ejemplo, existe una gran población de TNO desprendidos, cuyas órbitas están más allá de la influencia gravitacional de Neptuno. Además, hay un número significativo de TNO con órbitas muy inclinadas junto con una población de “TNO extremos” cuyas órbitas son extremadamente difíciles de explicar con los modelos actuales para la formación del sistema solar y el Cinturón de Kuiper.

Basándose en estos análisis, los investigadores teorizaron que otro planeta además de los cuatro gigantes (Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno) debió haber influido en la formación del cinturón de Kuiper. Para probar su hipótesis, llevaron a cabo una multitud de simulaciones por computadora utilizando las computadoras de investigación instaladas en el laboratorio de Lykawka y el grupo de PC de propósito general en NAOJ, utilizando modelos del sistema solar primitivo que existió hace unos 4.500 millones de años.

Aquí, los investigadores consideraron las interacciones entre los cuatro planetas gigantes, un hipotético planeta del Cinturón de Kuiper y un disco de pequeños objetos que representan el distante Cinturón de Kuiper primordial. Después de completar cada simulación, las poblaciones resultantes de TNO después del lapso de 4.500 millones de años se compararon con las recopiladas a partir de observaciones modernas para ver si alguno de los modelos explicaba las anomalías en el distante Cinturón de Kuiper.

Sorprendentemente, los mejores resultados de la simulación sugirieron que debería haber un planeta no descubierto con una masa entre 1,5 y 3 veces la de la Tierra orbitando alrededor del Sol a distancias entre aproximadamente 200 y 500 (o incluso *200-800) unidades astronómicas. Gracias a su masa palpable y a una órbita inclinada de unos 30°, un planeta así podría haber generado un gran número de TNO desprendidos, los TNO muy inclinados, así como los TNO extremos con órbitas peculiares, en línea con nuestras observaciones actuales.

NUEVE PLANETAS

El descubrimiento de un nuevo planeta similar a la Tierra en el sistema solar tendría sin duda profundas implicaciones, como explica el Dr. Lykawka: “En primer lugar, el sistema solar volvería a tener oficialmente nueve planetas. Además, al igual que lo que ocurrió en 2006, cuando Plutón fue Degradados de la categoría de planeta, necesitaríamos refinar la definición de “planeta”, ya que un planeta similar a la Tierra ubicado mucho más allá de Neptuno probablemente pertenecería a una nueva clase de planetas. Finalmente, nuestras teorías sobre el sistema solar y la formación de planetas También necesito revisión.”

Según el Dr. Lykawka, futuros estudios astronómicos japoneses o internacionales podrían detectar este nuevo planeta en menos de una década. En el proceso se podrían descubrir muchos nuevos TNO extremos, lo que proporcionaría información valiosa sobre la región transneptuniana.

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Ciencia

Un error de cálculo frustra el regreso de Rusia a la Luna

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MADRID, 20 Ago. (EUROPA PRESS) –

La misión Luna 25 de Roscosmos, que se encontraba en órbita lunar para aterrizar en el polo sur del satélite en los próximos días ha terminado estrellándose contra la superficie de la Luna..

El 19 de agosto, de acuerdo con el programa de vuelo de la nave espacial, primera lanzada por Rusia en 50 años a la superficie de la Luna, estaba previsto emitir un impulso para formar su órbita elíptica previa al aterrizaje. Aproximadamente a las 11.57 UTC, se interrumpió la comunicación con la nave espacial Luna-25, informó este domingo la agencia espacial rusa, Roscosmos, en su canal de Telegram..

Las gestiones realizadas el 19 y 20 de agosto para buscar el aparato y entrar en contacto con él “no dieron ningún resultado”. Según los resultados de un análisis preliminar, “debido a la desviación de los parámetros reales del impulso de los calculados el dispositivo cambió a una órbita fuera de diseño y dejó de existir como resultado de una colisión con la superficie lunar”.

Una comisión interdepartamental especialmente formada se ocupará de las cuestiones de esclarecimiento de las razones de la pérdida de la Luna, añadió la misma fuente..

Lanzada el 10 de agosto, Luna 25, primera misión lunar rusa desde Luna-24 en 1976, cuando Rusia era parte de la Unión Soviética, alcanzó con éxito la órbita lunar el 16 de agosto, sumándose a la india Chandrayaan 3 en el objetivo de ser la primera en posarse en el polo sur lunar a fines de agosto. Se trata de una zona de máximo interés para la instalación de bases habitadas en la Luna, por la presencia de hielo de agua en sus cráteres. El plan de Roscosmos era realizar el aterrizaje entre el 23 y el 25 de agosto.

Una vez en la Luna, esta misión tenía previsto estudiar el suelo lunar y la exosfera, parte de la muy delgada atmósfera de la Luna. La nave espacial también estaba equipada con un brazo robótico para recolectar muestras de suelo para su análisis, y sus experimentos estaban previstos que se prolongasen durante un año.

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