El Día Mundial de la Cuántica es un evento internacional impulsado por la comunidad que se celebra el 14 de abril para despertar el interés y generar entusiasmo por la mecánica cuántica. La Oficina Nacional de Coordinación Cuántica, parte de la Oficina de Política Científica y Tecnológica de la Casa Blanca, se complace en participar en el Día Mundial Cuántico junto con las agencias del gobierno federal. Crédito: Oficina Nacional de Coordinación Cuántica
La NASA está aprovechando la investigación cuántica para hacer avanzar las comunicaciones espaciales a través de proyectos como el Laboratorio Cuántico en el Centro de Vuelo Espacial Goddard y el detector PEACOQ en el Laboratorio de Propulsión a Chorro.
La NASA celebra el Día Mundial de la Cuántica destacando sus diversos proyectos de investigación cuántica en todo el país. El programa Space Communications and Navigation (SCaN) de la agencia está utilizando la investigación cuántica para mejorar las capacidades de comunicación espacial. Los proyectos notables incluyen el Quantum Laboratory en el Goddard Space Flight Center, que se enfoca en experimentos de entrelazamiento cuántico, y el detector PEACOQ (Performance-Enhanced Array for Counting Optical Quanta) en el Jet Propulsion Laboratory, que permite el conteo preciso de fotones individuales. Además, el Centro de Investigación Glenn está estudiando redes cuánticas basadas en el espacio, mientras que el Laboratorio de Inteligencia Artificial Cuántica (QuAIL) del Centro de Investigación Ames evalúa el potencial de las computadoras cuánticas para los esfuerzos de exploración espacial de la NASA.
Hoy, la NASA celebra el Día Mundial de la Cuántica y la investigación en curso en todo el país, desde un detector cuántico hasta experimentos administrados internamente.
La oficina del programa Space Communications and Navigation (SCaN) de la agencia está utilizando esta investigación cuántica para profundizar la forma en que la NASA se comunica a medida que la agencia continúa explorando más en el espacio.
«SCaN está trabajando en experimentos cuánticos, simulaciones y más para ayudar a construir el futuro de las comunicaciones espaciales», dijo Badri Younes, administrador asociado adjunto del programa SCaN de la NASA. «Nuestra investigación y desarrollo tecnológico permitirán a la NASA explorar de forma más segura que nunca».
Laboratorio Cuántico en el Centro de Vuelo Espacial Goddard
El Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, está utilizando su nuevo laboratorio cuántico para realizar experimentos de comunicación cuántica.
Harry Shaw, líder de actividades de comunicación y computación cuántica, es el cerebro detrás del laboratorio. Creó el laboratorio cuántico, identificó experimentos y encontró proveedores de equipos comerciales aplicables. Shaw está estableciendo un camino de servicios de comunicación cuántica mediante la realización de experimentos relacionados con el entrelazamiento cuántico, el fenómeno por el cual se genera un par de partículas de modo que los estados cuánticos individuales de cada uno no están definidos hasta que se miden, y el acto de medir uno determina el resultado. de medir al otro, incluso separados por grandes distancias.
Harry Shaw, líder de actividades de comunicación y computación cuántica en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA, ofrece a Barbara Adde, directora de políticas y comunicaciones estratégicas de SCaN, y a los visitantes un recorrido por el laboratorio cuántico. Crédito: NASA
El Goddard Quantum Lab cuenta con empleados de tiempo completo y pasantes que participan en el Proyecto de pasantías de SCaN (SIP). Como mentor durante más de 20 años, Shaw ha sido mentor de muchos estudiantes que trabajan con tecnologías de comunicación espacial. Desarrolla asociaciones con universidades y otras agencias gubernamentales para identificar pasantes que buscan títulos de posgrado y doctorados de nivel superior que se cruzan con las comunicaciones cuánticas y los invita a hacer una pasantía en el laboratorio.
“Después del comienzo de cada sesión de pasantía, dirigimos actividades de investigación y desarrollo para estudiantes involucrados en comunicaciones espaciales utilizando tecnología cuántica, óptica y de microondas”, dijo Shaw. “Orientamos a los estudiantes más jóvenes a través de su pasantía y los ayudamos a aplicar su conocimiento y experiencia a proyectos valiosos de la NASA que benefician a la agencia y a los estudiantes”.
Los pasantes trabajan junto con el personal para supervisar el laboratorio y realizar varios experimentos en curso. Uno de esos experimentos es una investigación sobre los servicios de gestión de datos basados en la nube. Los pasantes trabajan con un ingeniero líder en seguridad de TI para desarrollar servicios de nube cuántica de conformidad con todos los requisitos de seguridad de TI de la NASA. Otros experimentos incluyen el estudio del momento angular óptico, el desarrollo de circuitos cuánticos y la evaluación de la computación cuántica como servicio, lo que eliminaría la necesidad de desarrollar o comprar computadoras cuánticas muy costosas.
La computación cuántica se basa en bits cuánticos o qubits. A diferencia de las computadoras tradicionales, en las que los bits deben tener un valor de cero o uno, un qubit puede representar cero, uno o ambos valores simultáneamente. La representación de la información en qubits permite que la información se procese de maneras que no tienen equivalente en la computación clásica, aprovechando fenómenos como el entrelazamiento cuántico. Como tal, las computadoras cuánticas pueden teóricamente ser capaces de resolver ciertos problemas en unos pocos días que le tomarían a una computadora clásica millones de años.
Detector cuántico de laboratorio de propulsión a chorro
El Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de la NASA en el sur de California ha desarrollado un dispositivo que puede contar una gran cantidad de fotones individuales con una precisión increíble. El detector PEACOQ (Performance-Enhanced Array for Counting Optical Quanta) podría transformar la forma en que las computadoras cuánticas, ubicadas a miles de kilómetros de distancia, intercambian grandes cantidades de datos cuánticos.
Los miembros del equipo de PEACOQ se paran junto a un criostato JPL que se usó para probar el detector. Desde la izquierda, Alex Walter, Sahil Patel, Andrew Mueller, Ioana Craiciu, Boris Korzh, Matt Shaw y Jamie Luskin. Crédito: NASA/JPL-Caltech
«Hasta ahora, la transmisión de información cuántica a largas distancias ha sido muy limitada», dijo Ioana Craiciu, miembro del equipo del proyecto PEACOQ y becaria postdoctoral en el JPL. «Una nueva tecnología de detección como PEACOQ puede medir fotones individuales con una precisión de una fracción de nanosegundo, lo que permite que la información cuántica se envíe a mayores velocidades y distancias».
Para obtener más información sobre el detector PEACOQ de JPL, consulte este artículo: https://go.nasa.gov/3LxsmjD
Simulaciones cuánticas del Centro de Investigación Glenn
El equipo de comunicaciones cuánticas del Centro de Investigación Glenn de la NASA en Cleveland estudia tecnologías y arquitecturas que podrían habilitar redes cuánticas basadas en el espacio.
El equipo, dirigido por el investigador principal Dr. John Lekki, caracteriza los dispositivos cuánticos de última generación en el laboratorio e introduce esta información de rendimiento en modelos, de modo que el rendimiento del hardware se pueda analizar en arquitecturas de red basadas en el espacio. Esta verificación y validación de hardware cuántico y modelos de red es el enfoque del Laboratorio de Metrología Cuántica (NQML) de la NASA.
El pasante de SCaN, Christopher Nadeau, ajusta el equipo en el Laboratorio de Metrología Cuántica en el Centro de Investigación Glenn de la NASA. Crédito: NASA
El equipo de NQML, que a menudo incluye a estudiantes que participan en el Proyecto de pasantías de SCaN, realiza actividades experimentales y teóricas. Chris Nadeau, pasante de segundo año en SCaN, optimiza las simulaciones de intercambio de entrelazamiento cuántico. Escribe código, investiga los fundamentos matemáticos de las posibles funciones de simulación y desarrolla casos de prueba para verificar el resultado de la simulación.
«Estamos tratando de modelar las comunicaciones por satélite que utilizan fotones entrelazados como portadores de información cuántica para transmitir mensajes, a diferencia de los métodos de comunicación clásicos actuales», dijo Nadeau. «Esto es de particular interés debido a la seguridad garantizada por los principios de la mecánica cuántica, y las simulaciones de tales redes son fundamentales para el eventual desarrollo de comunicaciones cuánticas del mundo real a largas distancias».
Equipo de CODORNICES del Centro de Investigación Ames
El Laboratorio de Inteligencia Artificial Cuántica de la NASA (QuAIL) en el Centro de Investigación Ames en California está evaluando el potencial de las computadoras cuánticas. El objetivo del equipo de QuAIL es demostrar que la computación cuántica algún día podría mejorar drásticamente los esfuerzos de exploración espacial de la NASA.
Dr. Eleanor Rieffel y su equipo de ingenieros realizan análisis teóricos y empíricos de algoritmos y computación cuántica e investigan sus aplicaciones a problemas computacionales desafiantes. Obtenga más información aquí: https://go.nasa.gov/40Jz0I6
¡El Día Mundial Cuántico se celebra el 14 de abril! Crédito: NASA
El Día Mundial de la Cuántica involucra al público en la comprensión y el debate de la ciencia y la tecnología cuánticas. Quantum nos ayuda a comprender la naturaleza en su nivel más significativo, desarrollar tecnologías que son cruciales para la vida cotidiana y potencialmente revolucionar el futuro de la ciencia y la tecnología.
El programa de la Oficina de Comunicaciones y Navegación Espaciales (SCaN) proporciona fondos para los esfuerzos cuánticos en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland; el Centro de Investigación Glenn de la NASA en Cleveland, Ohio; y el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California. La oficina del programa SCaN apoya a la Dirección de Misiones de Operaciones Espaciales en la sede de la NASA en Washington.
