Artículo de una semana "Introducción a la Naturaleza" (publicado en 20220120)
"Nature", 20 de enero de 2022, Volumen 601, Número 7893
Nature, 20 de octubre de 2022, Volumen 601, Número 7893.
Astronomía Astronomía
La formación de estrellas cerca del Sol está impulsada por la expansión de burbujas locales
La expansión de las burbujas locales impulsa la formación de estrellas cerca del Sol.
Autores: Catherine Zucker, Alyssa A. Goodman, Joe? o Alves, Shmuel Bialy, Michael Foley, Joshua S. Speagle, et al.
Enlace:
/articles/s 41586-021-04286-5
Resumen
Durante décadas, hemos sabido que la El Sol se encuentra en una burbuja local, una cavidad compuesta de plasma de baja densidad y alta temperatura, rodeada por una capa de polvo y gas neutro frío. Sin embargo, la forma exacta y la extensión de esta capa, la dinámica y las escalas de tiempo de su formación, y su relación con la formación de estrellas cercanas siguen siendo inciertas debido a los modelos de baja resolución del medio interestelar local.
Utilizando nuevas limitaciones espaciales y dinámicas, el equipo analizó la posición tridimensional, la forma y el movimiento de gas denso y estrellas jóvenes dentro de 200 pc del Sol. Descubrieron que casi todos los complejos de formación de estrellas cerca del Sol están ubicados en la superficie de burbujas locales, y sus estrellas jóvenes se expanden hacia afuera principalmente perpendiculares a la superficie de la burbuja.
El seguimiento de las trayectorias de estas estrellas jóvenes respalda la idea de que la burbuja local se originó a partir de una explosión de nacimiento y muerte de estrellas (supernova) cerca del centro de la burbuja hace unos 654.38.400 millones de años. La expansión de la burbuja local producida por la supernova hizo rodar el medio interestelar circundante, formando una capa expandida, que ahora se ha colapsado y colapsado en la nube molecular más obvia cercana, proporcionando así un fuerte apoyo observacional para la teoría de la formación de estrellas impulsada por supernovas. .
Resumen
Durante décadas hemos sabido que el Sol reside en una burbuja local, una cavidad de plasma de baja densidad y alta temperatura rodeada de polvo y gas neutro helado. Sin embargo, la forma y extensión precisas de esta capa, la dinámica y las escalas de tiempo de su formación, y su relación con la formación de estrellas cercanas siguen siendo inciertas, en gran parte debido a los modelos de baja resolución del medio interestelar local. Aquí presentamos un análisis de la posición tridimensional, la forma y el movimiento del gas denso y las estrellas jóvenes durante un período de 200 años. Utilice nuevas restricciones espaciales y dinámicas. Descubrimos que casi todos los complejos de formación de estrellas cerca del Sol están ubicados en la superficie de burbujas locales, y sus estrellas jóvenes se expanden principalmente hacia afuera perpendicularmente a la superficie de la burbuja. Una mirada retrospectiva a los movimientos de estas estrellas jóvenes respalda una imagen en la que el origen de la burbuja local es una explosión de nacimiento y muerte de estrellas (supernovas) que ocurrió cerca del centro de la burbuja a partir del año 14? Marla: Antes. La expansión de la burbuja local producida por la supernova barrió el medio interestelar circundante hasta convertirlo en una capa en expansión, que ahora se ha fragmentado y colapsado en la nube molecular más prominente cercana, lo que a su vez proporcionó apoyo para las teorías de formación de estrellas impulsadas por supernovas. apoyo.
Formación estelar provocada por un agujero negro en la galaxia enana Henize 2-10
Formación estelar provocada por un agujero negro en la galaxia enana Henize 2-10.
Autor: Zachary Shute; Amy Lane
Enlace:
/articles/s 41586-021-04215-6
p>Resumen
En algunas galaxias enanas con núcleos galácticos activos, se han observado flujos de salida impulsados por agujeros negros, que pueden desempeñar un papel en el calentamiento y expulsión de gas (inhibiendo así la formación de estrellas), al igual que en una galaxia más grande. No está claro hasta qué punto las salidas de agujeros negros pueden desencadenar la formación de estrellas en galaxias enanas, ya que el trabajo en esta área se ha centrado anteriormente en galaxias masivas con poca evidencia observacional.
Henize 2-10 es una galaxia enana en explosión.
Ha habido informes de un agujero negro masivo en su centro, pero esta explicación ha sido controvertida porque algunas pruebas observacionales son consistentes con restos de supernova. A una distancia de aproximadamente 9 Mpc, existe la oportunidad de comprender la región central y determinar si hay evidencia de que el flujo de salida del agujero negro afecta la formación de estrellas.
El equipo de investigación informa observaciones ópticas de Henize 2-10 con una resolución lineal de unos pocos parsecs. Descubrieron un filamento ionizado de aproximadamente 150 pc de largo que conecta la región del agujero negro con las últimas regiones de formación estelar. La espectroscopia reveló una estructura de posición-velocidad de tipo sinusoidal descrita por un flujo de salida bipolar en precesión simple. El equipo concluyó que la salida del agujero negro desencadenó la formación de estrellas.
Resumen
Se han observado flujos de salida impulsados por agujeros negros en algunas galaxias enanas con núcleos galácticos activos y probablemente desempeñan un papel en el calentamiento y expulsión de gas (inhibiendo así la formación de estrellas), al igual que en galaxias más grandes. No está claro hasta qué punto las salidas de agujeros negros pueden desencadenar la formación de estrellas en galaxias enanas, ya que el trabajo en esta área se ha centrado anteriormente en galaxias masivas con poca evidencia observacional. Henize 2-10 es una galaxia enana explosiva de la que anteriormente se había informado que tenía un agujero negro masivo en su centro, aunque esta explicación ha sido controvertida porque algunos aspectos de la evidencia observacional también son consistentes con un remanente de supernova. ¿La distancia es de aproximadamente 9? Mpc, brinda la oportunidad de resolver la región central y determinar si hay evidencia de salidas de agujeros negros que afecten la formación de estrellas. Informamos observaciones ópticas de Henize 2-10 con una resolución lineal de unos pocos parsecs. Encontramos una línea de ionización de aproximadamente 150 PC de largo que conecta la región del agujero negro con el sitio de formación estelar reciente. La espectroscopia revela una estructura sinusoidal de posición-velocidad que está bien descrita por un flujo de salida bipolar con precesión simple. Concluimos que este flujo de agujero negro desencadena la formación de estrellas.
Física Física
Transición topológica trifásica en un cuasicristal floquet no Hermite
Transición topológica trifásica en un cuasicristal floquet no Hermite
p>Autores: Sebastian Weidmann, Mark Kramer, Stefano Longhi; Alexander Samet
Enlace:
/articles/s 41586-021-04253-0
Resumen
Las transiciones de fase conectan diferentes estados de la materia, a menudo acompañadas de una ruptura espontánea de la simetría. Un tipo importante de transición de fase es la transición de fase de movilidad, en la que la famosa localización de Anderson aumenta la aleatoriedad, lo que lleva a transiciones de fase de metal-aislante. La introducción de la topología en la física de la materia condensada condujo al descubrimiento de transiciones de fase topológicas y materiales aislantes topológicos.
Las transiciones de fase en simetrías de sistemas no hermitianos describen transiciones a energía conservada promedio y nuevas fases topológicas. La conductividad masiva, la topología y la ruptura de la simetría no hermitiana parecen originarse en físicas diferentes, por lo que pueden surgir como fenómenos independientes. Sin embargo, en cuasicristales no hermitianos, esta transición puede correlacionarse mediante la formación de una transición de tres fases.
El equipo de investigación informa sobre la observación experimental de una transición de fase triple, en la que el cambio de un solo parámetro induce transiciones de fase locales (metal-aislante), topológicas y de ruptura de simetría de tiempo par-impar (energía). La física es de cuasicristales disipativos impulsados por el tiempo (floquet).
El grupo de investigación hizo realidad su idea acoplando paseos cuánticos de fotones en bucles de fibra óptica y destacó la correlación de la topología, la ruptura de simetría y las transiciones de fase de movilidad en materiales sintéticos cuasicristalinos no hermitianos. Se espera que los hallazgos tengan aplicaciones en dispositivos de cambio de fase, donde se puede predecir y controlar el transporte del lado del cuerpo y el intercambio de energía o partículas con el medio ambiente.
Resumen
Las transiciones de fase conectan diferentes estados de la materia y suelen ir acompañadas de una ruptura espontánea de la simetría. Una categoría importante de transiciones de fase son las transiciones de movilidad, que incluyen la conocida localización de Anderson, donde una creciente aleatoriedad conduce a transiciones de metal-aislante. La introducción de la topología en la física de la materia condensada condujo al descubrimiento de transiciones de fase topológicas y materiales que son aislantes topológicos. Las transiciones de fase en simetrías de sistemas no hermitianos describen transiciones a energía conservada promedio y nuevas fases topológicas.
La conductividad global, la topología y la ruptura de la simetría no hermitiana parecen surgir de diferentes físicas y, por lo tanto, pueden aparecer como fenómenos separables. Sin embargo, en los cuasicristales no hermitianos, tales transiciones pueden interconectarse formando una transición de tres fases. Aquí, informamos la observación experimental de una transición de fase trifásica en la que cambiar un solo parámetro induce simultáneamente una localización (metal-aislante), una transición de fase topológica y de ruptura de simetría de tiempo de paridad (energía). Este fenómeno físico se manifiesta en un cuasicristal disipativo impulsado por el tiempo (Floquet). Implementamos nuestra idea acoplando paseos cuánticos de fotones en bucles de fibra óptica. Nuestro estudio destaca el entrelazamiento de topología, ruptura de simetría y transiciones de fase de movilidad en materiales sintéticos cuasicristalinos no hermitianos. Nuestros resultados pueden tener aplicaciones en dispositivos de cambio de fase donde se puede predecir y controlar el transporte de masa y de borde, así como el intercambio de energía o partículas con el medio ambiente.
Lógica cuántica de qubits de espín que cruzan el umbral de codificación de superficie
Lógica cuántica de bits de espín que cruzan el umbral de codificación de superficie
Autor: Xiao Xue, Maximi Liane Rath, Nodar Samkaladze, Brennan y Seth, Amir Sammak, Giordano Scarpucci y otros.
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/articles/s 41586-021-04273-w
Resumen
Control de alta fidelidad de qubits para tecnología cuántica La implementación confiable del algoritmo y la implementación de la tolerancia a errores (corregir los errores más rápido de lo que ocurren) son muy importantes. Los requisitos básicos para la tolerancia a fallos se expresan en términos de umbrales de error. Sin embargo, el umbral real depende de muchos detalles y un objetivo común es un código de superficie con un umbral de error de aproximadamente 1.
La fidelidad de la puerta de dos bits supera el 99, que siempre ha sido el principal objetivo de los qubits de espín semiconductores. Se espera que estos qubits se expandan gracias a la tecnología avanzada de semiconductores.
El equipo de investigación informó sobre un procesador cuántico de silicio basado en espín con una fidelidad de puerta de un solo bit y puerta de doble bit superior a 99,5, que se verificó mediante tomografía de conjunto de puertas. Al incluir diafonía y errores inactivos de qubits vecinos, la fidelidad promedio de la puerta de un solo bit se mantiene por encima de 99.
A través de este conjunto de puertas de alta fidelidad, el equipo de investigación completó la ardua tarea de calcular la energía del estado fundamental de las moléculas utilizando el algoritmo de resolución del libro de códigos de componentes variables. Los qubits semiconductores han superado el umbral de fidelidad de la puerta 99 de dos bits, ganándose un lugar en la era de los dispositivos cuánticos de escala media con alto ruido, la tolerancia a fallos y sus posibles aplicaciones.
Resumen
El control de alta fidelidad de los qubits es fundamental para la ejecución confiable de algoritmos cuánticos y lograr tolerancia a fallas (la capacidad de corregir errores más rápido de lo que ocurren). El requisito central de la tolerancia a fallos se expresa en términos de umbrales de error. Si bien el umbral real depende de muchos detalles, un objetivo común es que se sepa que los códigos de superficie tienen un umbral de error de aproximadamente 1. Lograr una fidelidad de puerta de doble qubit superior a 99 ha sido un objetivo importante a largo plazo para los qubits de espín de semiconductores. Estos qubits tienen potencial de escalar porque pueden aprovechar la tecnología avanzada de semiconductores. Aquí presentamos un procesador cuántico de silicio basado en espín con fidelidad de puerta de un solo qubit y de dos qubit, todos por encima de 99,5, extraído de una tomografía de conjunto de puertas. Al incluir diafonía y errores inactivos de qubits vecinos, la fidelidad promedio de la puerta de un solo qubit se mantiene por encima de 99. Utilizando este conjunto de puertas de alta fidelidad, realizamos la exigente tarea de calcular la energía del estado fundamental de las moléculas utilizando algoritmos de resolución propia cuántica variacional. Los qubits semiconductores han superado la barrera de 9,9 de fidelidad de puerta de dos qubits, lo que los sitúa bien posicionados en el camino hacia la tolerancia a fallos y posibles aplicaciones en la era de los dispositivos cuánticos de escala media y alto ruido.
Puertas cuánticas universales rápidas en silicio por encima del umbral de tolerancia a fallos
Puertas cuánticas universales rápidas en silicio por encima del umbral de tolerancia a fallos
Autor: Akihito Noiri, Takeda Kenta, Takashi Nakajima, Takashi Kobayashi, Amir Sammak, Giordano Scarpucci, etc.
Enlace:
/articles/s 41586-021-04182-y
Resumen
Computadora cuántica tolerante a fallas que puede resolver problemas difíciles, se basa en la corrección de errores cuánticos. Los códigos de superficie son uno de los códigos de corrección de errores más prometedores, que requieren una puerta universal con una fidelidad que supere un umbral de corrección de errores de 99.
Entre las numerosas plataformas de qubits, sólo los circuitos superconductores, los iones atrapados y los centros de vacantes de nitrógeno en los diamantes cumplen este requisito. Los qubits de espín electrónico en silicio tienen un gran potencial para las computadoras cuánticas a gran escala debido a sus capacidades de nanofabricación, pero las puertas de dos bits están limitadas a una fidelidad de 98 debido a su lento funcionamiento.
El equipo de investigación logró una fidelidad de puerta de dos bits de 99,5 y una fidelidad de puerta de un solo bit de 99,8 en qubits de espín de silicio mediante el uso de campos de gradiente de inducción micromagnética y un rápido acoplamiento de control electrónico a dos qubits sintonizables. Determinaron la velocidad de rotación del qubit y la fuerza de acoplamiento e implementaron de manera robusta una puerta de alta fidelidad.
Utilizando este conjunto de puertas universales, el equipo de investigación implementó con éxito los algoritmos de búsqueda de Deutsch-Jozsa y Grover. Los resultados muestran que la fidelidad de la puerta universal supera el umbral de tolerancia a fallos, lo que promete ordenadores cuánticos de silicio escalables.
Resumen
Las computadoras cuánticas tolerantes a fallas que pueden resolver problemas difíciles dependen de la corrección de errores cuánticos. Uno de los códigos de corrección de errores más prometedores son los códigos de superficie, que requieren una fidelidad de puerta universal que supere un umbral de corrección de errores de 99. Entre muchas plataformas de qubits, sólo los circuitos superconductores, los iones atrapados y los centros de vacantes de nitrógeno en diamantes cumplen este requisito. Los qubits de espín electrónico en silicio son particularmente prometedores para las computadoras cuánticas a gran escala debido a sus capacidades de nanofabricación, pero la fidelidad de la puerta de dos qubits está limitada a 98 debido a su lento funcionamiento. Aquí, demostramos una fidelidad de puerta de dos qubits de 99,5 y una fidelidad de puerta de un solo qubit de 99,8 en qubits de espín de silicio mediante el uso de campos de gradiente inducidos por microimanes y un control eléctrico rápido del acoplamiento sintonizable de dos qubits. Determinamos la velocidad de rotación del qubit y la fuerza de acoplamiento, donde implementamos de manera robusta puertas de alta fidelidad. Implementamos los algoritmos de búsqueda Deutsch-Jozsa y Grover con altas tasas de éxito utilizando nuestro conjunto de puertas universales. Nuestros resultados demuestran una fidelidad de puerta universal que supera los umbrales de tolerancia a fallas y puede permitir computadoras cuánticas de silicio escalables.
Ciencias de la Tierra
El cambio histórico de los glaciares en Svalbard predice que la pérdida de masa se duplicará para 2100
En 2100, la pérdida de calidad de los glaciares de Svalbard se duplicará.
Autores: Emily C. Geiman, Ward J. J. Van Pel, Adam C. Maloof, Harald Fasteaas & Jack Kohler
Enlace:
/articles/s 41586 -021-04314-4
Resumen
El derretimiento de glaciares y capas de hielo representa aproximadamente un tercio del aumento actual del nivel del mar. Uno que excede el daño causado por Groenlandia, mucho más grande. o capas de hielo antárticas. Los gradientes climáticos espaciales en el archipiélago ártico de Svalbard son mayores que los cambios climáticos actualmente proyectados para el próximo siglo. Es un laboratorio natural para limitar la sensibilidad climática de los glaciares y predecir su respuesta al calentamiento futuro.
El equipo de investigación vinculó observaciones de glaciares históricos con observaciones de glaciares modernos y predijo que la tasa de adelgazamiento de los glaciares en el siglo XXI será más del doble que la del período 1936-2010. Utilizando archivos de imágenes aéreas históricas de 1936 y 1938, reconstruyeron la geometría tridimensional de los glaciares de 1594 de Svalbard mediante fotogrametría.
El equipo de investigación comparó estos datos reconstruidos con datos de elevación de los glaciares modernos y obtuvo un modelo espacial de balance de materiales durante más de 70 años, lo que permitió cuantificar la temperatura y las precipitaciones a través del ruido de los cambios interanuales e interdecadales. Cómo otras variables controlan la pérdida de glaciares.
El equipo de investigación descubrió que la tasa de derretimiento depende en gran medida de la temperatura, y cada aumento en la temperatura promedio de verano en 1 conduce a una disminución en el balance de masa normalizado por área de 0,28 m equivalente de agua por año.
Finalmente, el equipo de investigación diseñó alternativas espaciotemporales que combinaron sus observaciones históricas de los glaciares con predicciones climáticas para producir predicciones de última generación sobre los cambios de los glaciares de Svalbard en el siglo XXI.
Resumen
El derretimiento de glaciares y capas de hielo representa aproximadamente un tercio del aumento actual del nivel del mar, superando la pérdida de masa de las capas de hielo mucho más grandes de Groenlandia o la Antártida. El archipiélago ártico de Svalbard, con su gradiente climático espacial mayor que el cambio climático temporal esperado durante el próximo siglo, es un laboratorio natural para suprimir la sensibilidad del clima glacial y predecir su respuesta al calentamiento futuro. Aquí vinculamos observaciones históricas y modernas de glaciares para predecir que la tasa de adelgazamiento de los glaciares se duplicará durante el siglo XXI en comparación con el período comprendido entre 1936 y 2010. Utilizando un archivo de imágenes aéreas históricas de 1936 y 1938, reconstruimos la geometría tridimensional de 1.594 glaciares en Svalbard utilizando fotogrametría de estructura a partir de movimiento. Comparamos estas reconstrucciones con datos modernos de altura del hielo para derivar patrones espaciales de equilibrio de masa durante un lapso de más de 70 años, lo que nos permite ver a través del ruido de la variabilidad anual y decenal y cuantificar cómo variables como la temperatura y la precipitación controlan la pérdida de hielo. . c El aumento de la temperatura media de verano equivale a una disminución del balance de masa normalizado por área de 0,28 m año 1 equivalente de agua. Finalmente, ideamos una alternativa espacio-temporal que combina nuestras observaciones históricas de los glaciares con proyecciones climáticas para producir predicciones de primer orden sobre el cambio de los glaciares en Svalbard durante el siglo XXI.