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¿Qué hay dentro de un agujero negro? Físico investiga dualidad holográfica con computación cuántica para averiguarlo

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3 años ago

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¿Qué hay dentro de un agujero negro? Físico investiga dualidad holográfica con computación cuántica para averiguarlo

Amigo, ¿y si todo lo que nos rodea fuera solo un… holograma?

El hecho es que podría serlo, y un físico de la Universidad de Michigan usa[{» attribute=»»>quantum computing and machine learning to better understand the idea, called holographic duality.

Holographic duality is a mathematical conjecture that connects theories of particles and their interactions with the theory of gravity. This conjecture suggests that the theory of gravity and the theory of particles are mathematically equivalent: what happens mathematically in the theory of gravity happens in the theory of particles, and vice versa.

Both theories describe different dimensions, but the number of dimensions they describe differs by one. So inside the shape of a black hole, for example, gravity exists in three dimensions while a particle theory exists in two dimensions, on its surface—a flat disk.

To envision this, think again of the black hole, which warps space-time because of its immense mass. The gravity of the black hole, which exists in three dimensions, connects mathematically to the particles dancing above it, in two dimensions. Therefore, a black hole exists in a three dimensional space, but we see it as projected through particles.

Black Hole Matrix Model Simulations

Enrico Rinaldi, research scientist in the University of Michigan Department of Physics, is using two simulation methods to solve quantum matrix models which can describe what the gravity of a black hole looks like. In this image, a pictorial representation of curved space time connects the two simulation methods. On the bottom, a deep learning method is represented by graphs of points (neural network), while the quantum circuit method on top is represented by lines, squares and circles (qubits and gates). The simulation methods merge with each side of the curved space time to represent the fact that gravity properties come out of the simulations. Rinaldi is based in Tokyo and hosted by the Theoretical Quantum Physics Laboratory at the Cluster for Pioneering Research at RIKEN, Wako. Credit: Enrico Rinaldi/U-M, RIKEN and A. Silvestri

Some scientists theorize our entire universe is a holographic projection of particles, and this could lead to a consistent quantum theory of gravity.

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“In Einstein’s General Relativity theory, there are no particles—there’s just space-time. And in the Standard Model of particle physics, there’s no gravity, there’s just particles,” said Enrico Rinaldi, a research scientist in the U-M Department of Physics. “Connecting the two different theories is a longstanding issue in physics—something people have been trying to do since the last century.”

In a study published in the journal PRX Quantum, Rinaldi and his co-authors examine how to probe holographic duality using quantum computing and deep learning to find the lowest energy state of mathematical problems called quantum matrix models.

These quantum matrix models are representations of particle theory. Because holographic duality suggests that what happens, mathematically, in a system that represents particle theory will similarly affect a system that represents gravity, solving such a quantum matrix model could reveal information about gravity.

For the study, Rinaldi and his team used two matrix models simple enough to be solved using traditional methods, but which have all of the features of more complicated matrix models used to describe black holes through the holographic duality.

“We hope that by understanding the properties of this particle theory through the numerical experiments, we understand something about gravity,” said Rinaldi, who is based in Tokyo and hosted by the Theoretical Quantum Physics Laboratory at the Cluster for Pioneering Research at RIKEN, Wako. “Unfortunately it’s still not easy to solve the particle theories. And that’s where the computers can help us.”

These matrix models are blocks of numbers that represent objects in string theory, which is a framework in which particles in particle theory are represented by one-dimensional strings. When researchers solve matrix models like these, they are trying to find the specific configuration of particles in the system that represent the system’s lowest energy state, called the ground state. In the ground state, nothing happens to the system unless you add something to it that perturbs it.

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“It’s really important to understand what this ground state looks like, because then you can create things from it,” Rinaldi said. “So for a material, knowing the ground state is like knowing, for example, if it’s a conductor, or if it’s a superconductor, or if it’s really strong, or if it’s weak. But finding this ground state among all the possible states is quite a difficult task. That’s why we are using these numerical methods.”

You can think of the numbers in the matrix models as grains of sand, Rinaldi says. When the sand is level, that’s the model’s ground state. But if there are ripples in the sand, you have to find a way to level them out. To solve this, the researchers first looked to quantum circuits. In this method, the quantum circuits are represented by wires, and each qubit, or bit of quantum information, is a wire. On top of the wires are gates, which are quantum operations dictating how information will pass along the wires.

“You can read them as music, going from left to right,” Rinaldi said. “If you read it as music, you’re basically transforming the qubits from the beginning into something new each step. But you don’t know which operations you should do as you go along, which notes to play. The shaking process will tweak all these gates to make them take the correct form such that at the end of the entire process, you reach the ground state. So you have all this music, and if you play it right, at the end, you have the ground state.”

The researchers then wanted to compare using this quantum circuit method to using a deep learning method. Deep learning is a kind of machine learning that uses a neural network approach—a series of algorithms that tries to find relationships in data, similar to how the human brain works.

Neural networks are used to design facial recognition software by being fed thousands of images of faces—from which they draw particular landmarks of the face in order to recognize individual images or generate new faces of persons who do not exist.

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In Rinaldi’s study, the researchers define the mathematical description of the quantum state of their matrix model, called the quantum wave function. Then they use a special neural network in order to find the wave function of the matrix with the lowest possible energy—its ground state. The numbers of the neural network run through an iterative “optimization” process to find the matrix model’s ground state, tapping the bucket of sand so all of its grains are leveled.

In both approaches, the researchers were able to find the ground state of both matrix models they examined, but the quantum circuits are limited by a small number of qubits. Current quantum hardware can only handle a few dozens of qubits: adding lines to your music sheet becomes expensive, and the more you add the less precisely you can play the music.

“Other methods people typically use can find the energy of the ground state but not the entire structure of the wave function,” Rinaldi said. “We have shown how to get the full information about the ground state using these new emerging technologies, quantum computers, and deep learning.

“Because these matrices are one possible representation for a special type of black hole, if we know how the matrices are arranged and what their properties are, we can know, for example, what a black hole looks like on the inside. What is on the event horizon for a black hole? Where does it come from? Answering these questions would be a step towards realizing a quantum theory of gravity.”

The results, says Rinaldi, show an important benchmark for future work on quantum and machine learning algorithms that researchers can use to study quantum gravity through the idea of holographic duality.

Next, Rinaldi is working with Nori and Hanada to study how the results of these algorithms can scale to larger matrices, as well as how robust they are against the introduction of “noisy” effects, or interferences that can introduce errors.

Reference: “Matrix-Model Simulations Using Quantum Computing, Deep Learning, and Lattice Monte Carlo” by Enrico Rinaldi, Xizhi Han, Mohammad Hassan, Yuan Feng, Franco Nori, Michael McGuigan and Masanori Hanada, 10 February 2022, PRX Quantum.
DOI: 10.1103/PRXQuantum.3.010324

Rinaldi’s co-authors include Xizhi Han at Stanford University; Mohammad Hassan at City College of New York; Yuan Feng at Pasadena City College; Franco Nori at U-M and RIKEN; Michael McGuigan at Brookhaven National Laboratory and Masanori Hanada at University of Surrey.

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¿Cuándo despegarán los astronautas?

Published

1 semana ago

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agosto 29, 2024

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¿Cuándo despegarán los astronautas?
  • La tripulación de Polaris Dawn intentará alcanzar alturas mayores que las alcanzadas por los humanos desde el programa Apolo de la NASA en la década de 1970 y también realizará la primera caminata espacial comercial.
  • El cohete Falcon 9 que transporta al Dragón está programado para despegar entre las 3:38 a.m. y las 7:09 a.m. ET del miércoles desde el Centro Espacial Kennedy de la NASA en Florida.
  • «Falcon y Dragon permanecen sanos y la tripulación continúa lista para su misión de varios días a la órbita terrestre baja», dijo SpacX en las redes sociales.

Una cápsula de SpaceX que transporta a cuatro astronautas comerciales que esperan realizar una caminata espacial pionera no se lanzará hasta al menos el miércoles por la mañana.

La misión Polaris Dawn, un ambicioso viaje de cinco días a las regiones superiores de la órbita de la Tierra, estaba programada para despegar el martes antes de que una fuga de helio detectada obligara a posponerla, dijo SpaceX. dijo el lunes por la tarde en el sitio de redes sociales X.

Cuando la tripulación se lance a bordo de un SpaceX Dragon, será el segundo viaje al espacio para empresario multimillonario Jared Isaacman, quien financió la misión con la empresa de Elon Musk. Isaacman se aventuró previamente en órbita en 2021 a bordo de Inspiration4, la misión que se convirtió en el primer vuelo espacial orbital privado de la historia.

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Un cocodrilo y un tiburón se comieron una vaca marina prehistórica, revela un fósil

Published

1 semana ago

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agosto 29, 2024

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Un cocodrilo y un tiburón se comieron una vaca marina prehistórica, revela un fósil

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cnn
—

Un raro fósil ha proporcionado información sobre lo que fue un día excepcionalmente desafortunado para una vaca marina prehistórica.

La especie ahora extinta de dugongo, un mamífero marino parecido al manatí, nadaba en el mar hace unos 15 millones de años cuando fue atacada por dos animales: un cocodrilo y un tiburón tigre. Este último dejó uno de sus dientes empalado en el cuerpo de la vaca marina.

Al analizar el fósil descubierto en Venezuela, los investigadores pudieron comprender cómo murió la vaca marina, que pertenecía a un grupo de animales extintos conocido como Culebrtherium.

Su estudiarpublicado el jueves en el Journal of Vertebrate Paleontology, captura un momento en el tiempo que ofrece una visión única del funcionamiento de la cadena alimentaria durante la época del Mioceno temprano y medio, hace entre 11,6 y 23 millones de años.

«Es extremadamente raro encontrar rastros de dos depredadores en un solo espécimen», dijo Aldo Benites-Palomino, autor principal del estudio y estudiante de doctorado en el departamento de paleontología de la Universidad de Zurich, Suiza. “Esto muestra por qué deberíamos explorar fósiles en regiones tropicales como Venezuela. »

Los restos fosilizados (un cráneo parcial y 13 vértebras o columna vertebral) revelaron tres tipos de marcas de mordeduras. Su forma, profundidad y orientación sugerían que fueron creados por dos depredadores: un cocodrilo de tamaño pequeño a mediano y un tiburón tigre.

Según el estudio, la criatura parecida a un cocodrilo atacó primero, con los dientes enterrados profundamente en el hocico de la vaca marina, lo que sugiere que intentó agarrar esa parte de la cara del dugongo para asfixiarlo. Otras dos grandes incisiones curvas indican que el cocodrilo arrastró a la vaca marina, desgarrando su carne.

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Las rayas y cortes en el fósil sugieren que el cocodrilo realizó una «vuelta mortal», un comportamiento giratorio para someter a su presa que también se observa en las especies de cocodrilos existentes.

«Este tipo de marca sólo se produce al morder, en el que se realizan acciones posteriores de rasgar, rodar o agarrar», señalaron los autores del estudio.

Luego, el rinoceronte fue destrozado por un tiburón tigre, que tiene dientes estrechos y no dentados. Puede ser difícil diferenciar entre depredación activa y marcas de carroñero, pero según el estudio, las marcas de mordeduras en todo el cuerpo del rinoceronte y su distribución irregular, así como la variación en profundidad, sugirieron a los investigadores que este era el comportamiento de un carroñero. como un tiburón tigre.

Los científicos confirmaron la identidad del tiburón mediante el descubrimiento de un único diente alojado en el cuello de la vaca marina que pertenecía a una especie extinta de tiburón tigre, Galeocerdo aduncus.

“Tuve que trabajar como científico forense”, recuerda Benites-Palomino.

Sin embargo, el estudio señaló que, dada la naturaleza fragmentaria del esqueleto, no era posible descartar otros escenarios para la desaparición de la vaca marina.

Dean Lomax, paleontólogo de la Universidad de Bristol y de la Universidad de Manchester en el Reino Unido, que no participó en la investigación, dijo que estaba de acuerdo con los hallazgos del estudio, pero que era difícil distinguir entre el comportamiento carroñero y el comportamiento depredador activo. .

“Por ejemplo, puede que no sea descabellado pensar que el dugongo ya estaba muerto, que pudo haberse alejado flotando y estar hinchado, y luego fue devorado (recogido) por el cocodrilo y el tiburón en diferentes momentos”. dijo Lomax, el autor de “Bloqueados en el tiempo: el comportamiento animal revelado en 50 fósiles asombrosos”, por correo electrónico.

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“A menos que tengamos evidencia directa del dugongo dentro del cocodrilo (como última comida), o de que el cocodrilo y el dugongo mueran en medio del ataque, todavía es intrínsecamente raro decir al 100% si esto fue definitivamente el resultado de un ataque activo o no. que hurgar en la basura”, añadió Lomax.

En aquella época, las vacas marinas podían crecer hasta cinco metros de largo, dijo Benites-Palomino, y su tejido graso habría sido una buena fuente de alimento.

Hoy en día, los cocodrilos, las orcas y los tiburones se alimentan de dugongos y manatíes, principalmente de los jóvenes, porque los adultos son difíciles de matar debido a su tamaño. No está claro qué tipo de cocodrilo pudo haber atacado a la vaca marina. Podría haber sido una especie extinta de caimán o gavial, conocido por sus mocos largos y delgados, pero debió ser de gran tamaño, de 4 a 6 metros de largo.

“Hay varios candidatos. Sudamérica era entonces un paraíso para los cocodrilos”, añade Benites-Palomino.

Un granjero al sur de la ciudad de Coro, Venezuela, notó por primera vez los restos de la vaca marina en un lugar donde antes no se habían descubierto fósiles.

“Al principio no conocíamos la geología del sitio y los primeros fósiles que descubrimos fueron trozos de cráneos. Nos tomó algún tiempo determinar qué eran: cráneos de manatí, que tienen una apariencia bastante inusual”, dijo en un comunicado Marcelo Sánchez-Villagra, coautor del estudio, profesor de paleobiología y director del Instituto y Museo Paleontológico de. la Universidad de Zúrich.

Benites-Palomino dijo que el raro hallazgo demuestra la importancia de la búsqueda de fósiles en América del Sur «no clásica».

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“Hemos estado visitando los mismos sitios de fósiles en América del Norte y China durante mucho tiempo, pero cada vez que trabajamos en estas nuevas áreas, encontramos constantemente nuevos fósiles. »

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Huellas de dinosaurios idénticas descubiertas en dos continentes

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1 semana ago

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agosto 29, 2024

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Huellas de dinosaurios idénticas descubiertas en dos continentes

A ambos lados del océano Atlántico, a más de 6.000 kilómetros de distancia, investigadores han descubierto huellas dejadas por dinosaurios que pudieron haber vagado desde África hasta América del Sur cuando los continentes estaban unidos en un supercontinente.

Las más de 260 huellas, ubicadas en Brasil y Camerún, serían parte del Período Cretácico Inferiorsegún un estudio publicado el lunes por el Museo de Historia Natural y Ciencia de Nuevo México.

Las huellas se crearon originalmente a unas 621 millas de distancia sobre una fina capa de limo y arenisca de barro en el antiguo supercontinente Gondwanan, que luego se rompió y formó el Océano Atlántico Sur.

El estudio compartió fotografías de huellas de formas idénticas que parecían provenir de edades y entornos geológicos similares, según descubrió el paleontólogo de la Universidad Metodista del Sur y autor principal del estudio, Louis L. Jacobs.

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