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Físicos encuentran que no estamos viviendo en una simulación por ordenador

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Por si acaso has estado pensando en ello, ahora puedes relajarte. Un equipo de físicos teóricos de la Universidad de Oxford en el Reino Unido ha demostrado que la vida y la realidad no pueden ser meras simulaciones generadas por un ordenador extraterrestre masivo.

El hallazgo, inesperadamente definido, surgió del descubrimiento de un vínculo novedoso entre las anomalías gravitacionales y la complejidad computacional.

En un artículo publicado en la revista Science Advances, Zohar Ringel y Dmitry Kovrizhi demuestran que la construcción de una simulación computarizada de un fenómeno cuántico particular que ocurre en los metales es imposible – no sólo prácticamente, sino en principio.

Inicialmente, la pareja se propuso ver si era posible utilizar una técnica conocida como Monte Carlo cuántico para estudiar el efecto Hall cuántico, un fenómeno en los sistemas físicos que exhiben fuertes campos magnéticos y temperaturas muy bajas, y se manifiesta como una corriente de energía que atraviesa el gradiente de temperatura. El fenómeno indica una anomalía en la geometría espacial-tiempo subyacente.

Los métodos de Monte Carlo cuántico utilizan el muestreo aleatorio para analizar los problemas cuánticos de muchos cuerpos donde las ecuaciones involucradas no pueden ser resueltas directamente.

Ringel y Kovrizhi mostraron que los intentos de usar Monte Carlo cuántico para modelar sistemas que exhiben anomalías, como el efecto Hall cuántico, siempre serán inviables. Descubrieron que la complejidad de la simulación aumentaba exponencialmente con el número de partículas que se estaban simulando.

Si la complejidad creciera linealmente con el número de partículas que se están simulando, duplicar el número de partículas significaría duplicar la potencia de computación requerida. Sin embargo, si la complejidad crece en una escala exponencial -donde la cantidad de potencia de computación tiene que duplicarse cada vez que se agrega una sola partícula- entonces la tarea se vuelve rápidamente imposible.

Los investigadores calcularon que almacenar información sobre un par de cientos de electrones requeriría una memoria de computadora que físicamente requeriría más átomos de los que existen en el universo.

Los investigadores notan que hay un número de otras interacciones cuánticas conocidas para las que aún no se han encontrado algoritmos predictivos. Sugieren que para algunos de ellos, de hecho, puede que nunca se encuentren.

Y dado que la cantidad físicamente imposible de tareas informáticas necesarias para almacenar información para un solo miembro de este subconjunto, los temores de que podríamos estar viviendo inconscientemente en una vasta versión de La Matriz ahora se puede eliminar.

La medida que revelaría que el universo es una simulación por ordenador

Actualidad Informática. La medida que revelaría que el universo es una simulación por ordenador. Rafael Barzanallana. UMU

Si el cosmos es una simulación numérica, debería haber pistas en el espectro de los rayos cósmicos de alta energía, dicen los teóricos.

Una de las ideas más preciadas de la física moderna es la cromodinámica cuántica, la teoría que describe la fuerza nuclear fuerte, cómo se unen los quarks y gluones en protones y neutrones, cómo forman los núcleos que, a su vez, interactúan. Esto es el universo en su escala más fundamental.

Por supuesto, hay uno o dos desafíos. La física es abrumadoramente compleja y opera a una escala extremadamente minúscula. Por lo que incluso usando los supercomputadores más potentes del mundo, los físicos apenas han logrado simular diminutos rincones del cosmos de apenas unos femtómetros de diámetro. (Un femtómetro es 10-15 metros).

Esto puede no parecer mucho, pero el punto clave es que la simulación es, básicamente, indistinguible de la realidad (al menos hasta donde la comprendemos).

No es difícil imaginar una progresión similar a la Ley de Moore que permitirá a los físicos simular regiones del espacio significativamente mayores. Una región de apenas unos micrómetros de diámetro podría encapsular todo el funcionamiento de una célula humana.

De nuevo, el comportamiento de esta célula humana sería indistinguible de una real.

Es este tipo de razonamiento es el que fuerza a los físicos a considerar la posibilidad de que todo nuestro cosmos pudiera estar ejecutándose en un ordenador extremadamente potente. Si es así, ¿hay alguna forma de que podamos saberlo alguna vez?

Hoy, tenemos una respuesta de mano de Silas Beane, de la Universidad de Bonn en Alemania, y algunos colegas.  Dicen que hay una forma de ver pruebas de que estamos en una simulación, al menos en ciertos escenarios.

Primero, algo de contexto. El problema de todas las simulaciones es que las leyes de la física, que parecen ser continuas, se han superpuesto sobre una malla discreta tridimensional que avanza en intervalos de tiempo.

La pregunta que se hacen Beane y compañía es si los espacios en la malla imponen algún tipo de limitación en los procesos físicos que vemos en el universo. Examinan, en concreto, los procesos de alta energía que sondean regiones menores del espacio conforme aumentan su energía.

Lo que han encontrado es interesante. Dicen que el espaciado en la malla impone un límite fundamental a la energía que pueden tener las partículas. Esto se debe a que no puede haber nada que sea menor que la propia malla.

Por lo que si nuestro cosmos es una mera simulación, debería aparecer un límite en el espectro de las partículas de alta energía.

Resulta que este es precisamente el tipo de límite  que aparece en la energía de las partículas de los rayos cósmicos, un límite conocido como de Greisen–Zatsepin–Kuzmin o GZK.

Este límite se ha estudiado profundamente y aparece debido a que las partículas de alta energía interactúan con el fondo de microondas cósmico, y pierden energía cuando viajan grandes distancias.

Pero Beane y compañía calculan que el espaciado en la malla impone algunas características adicionales sobre el espectro. “La característica más impactante… es que la distribución angular de los componentes de mayor energía exhibirían una simetría cúbica en el marco de reposo de la malla, desviándose significativamente de la isotropía”, comentan.

En otras palabras, los rayos cósmicos viajarían preferentemente a lo largo de los ejes de la malla, por lo que no los veríamos igualmente en todas las direcciones.

Esta es una medida que podríamos hacer con la tecnología actual. Encontrar este efecto sería equivalente a ser capaces de ‘ver’ la orientación de la malla en la que se simula nuestro universo.

Esto es genial, incluso alucinante. Pero los cálculos de Beane y sus colegas no están exentos de algunos obstáculos importantes. Un problema es que la malla del computador tiene que construirse de una forma totalmente distinta a la prevista por estos chicos.

Otra es que este efecto solo puede medirse si el límite de la malla es el mismo que el GZK. Esto ocurre cuando el espaciado de la malla es de aproximadamente 10-12 femtómetros. Si el espaciado es significativamente menor que eso, no veremos nada.

No obstante, seguramente merece la pena buscarlo, aunque solo sea para descartar la posibilidad de que seamos parte de una simulación de este tipo concreto, pero en secreto tengamos la esperanza de encontrar pruebas sólidas de nuestros señores robóticos de una vez por todas.

 


 

Artículo de Referencia: arxiv.org/abs/1210.1847: Constraints on the Universe as a Numerical Simulation

Fuente: Ciencia Kanija

¿Cómo la física cuántica podría hacer ‘The Matrix’ más eficiente?

Actualidad Informática. Matrix más posible con ordenadores cuánticos. Rafael -Barzanallana
Las simulaciones cuánticas necesitan almacenar menos información para predecir el futuro que las simulaciones clásicas. El hallazgo se aplica a fenómenos descritos por procesos estocásticos.

Los investigadores han descubierto una nueva forma en la que las computadoras basadas en la física cuántica podrían superar el rendimiento de los ordenadores clásicos. El trabajo, realizado por investigadores con sede en Singapur y el Reino Unido, implica que una simulación  de la realidad tipo Matrix, requiere menos memoria en una computadora cuántica que en un ordenador clásico. También alude a una forma de investigar si una teoría más profunda se encuentra por debajo de la teoría cuántica. El hallazgo se publicó el 27 de marzo en Nature Communications.

El hallazgo surge de la consideración fundamental de la cantidad de información que se necesita para predecir el futuro. Milla Gu, Elisabeth Rieper y Vedral Vlatko en el Centro de Quantum Technologies en la Univesidad Nacional de Singapur, con Karoline Wiesner de la Universidad de Bristol, Reino Unido, consideran la simulación de procesos de tipo «estocástico», donde hay varios resultados posibles a un determinado procedimiento, cada uno ocurre con una probabilidad calculable. Muchos de los fenómenos, desde los movimientos del mercado de valores a la difusión de los gases, se pueden modelar como procesos estocásticos.

Los detalles de cómo simular estos procesos  dan lugar a una gran cantidad de investigadores ocupados. La cantidad mínima de información necesaria para simular un proceso estocástico dado es un tema importante de estudio en el campo de la teoría de la complejidad, que se conoce en la literatura científica como la complejidad estadística.

Los investigadores saben cómo calcular la cantidad de información transferida por sí en cualquier proceso estocástico. En teoría, esto establece la cantidad mínima de información necesaria para simular el proceso. En realidad, sin embargo, las simulaciones clásicas de los procesos estocásticos requieren más espacio de almacenamiento que esto.

Gu, Wiesner, Rieper y Vedral, quien también está afiliado a la Universidad de Oxford, Reino Unido, mostró que los simuladores cuánticos necesitan almacenar menos información que los simuladores clásicos óptimos. Eso es porque las simulaciones cuánticas pueden codificar la información acerca de las probabilidades en una «superposición», donde un bit cuántico de información puede representar más de un bit clásico.

Lo que sorprendió a los investigadores es que las simulaciones cuánticas todavía no son tan eficientes como podrían ser: todavía tienen que almacenar más información que el proceso parece necesitar. Eso sugiere que la teoría cuántica aún no puede ser optimizada. «Lo que es fascinante para nosotros es que todavía hay una brecha. Te hace pensar, tal vez esta es una manera de pensar acerca de una teoría más allá de la física cuántica», dice Vedral.

Fuente: «Quantum mechanics can reduce the complexity of classical models» Nature Communications, 3, 762 (2012).http://www.nature. … mms1761.html

Preprint en: arXiv:1102.1994 http://arxiv.org/abs/1102.1994

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