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Archive for 26 Agosto 2016

Il doppio gatto di Schrödinger

 

 

 

 

 

Efficace a rappresentare l'entanglement.

Il doppio gatto di Schrödinger

I fisici di Yale hanno dato al famoso gatto di Schrödinger una seconda scatola  e il risultato può aiutare ulteriormente una ricerca affidabile sulla computazione quantistica.

Il gatto di Schrödinger è un paradosso ben noto che applica il concetto di sovrapposizione nella fisica quantistica di oggetti che si incontrano nella vita di tutti i giorni. L’idea è che un gatto è posto in una scatola sigillata con una sorgente radioattiva e un veleno che verrà attivato se un atomo della sostanza radioattiva decade. La fisica quantistica suggerisce che il gatto sia vivo e al contempo morto (una sovrapposizione di stati), fino a quando qualcuno apre la scatola e, così facendo, cambia lo stato quantico.

Questo ipotetico esperimento, previsto da uno dei padri fondatori della meccanica quantistica nel 1935, ha trovato, negli ultimi anni, analogie vivaci nei laboratori. Gli scienziati possono ora disporre di un pacchetto d’onda di luce composta da centinaia di particelle, contemporaneamente in due stati nettamente diversi. Ogni stato corrisponde a una forma ordinaria (classica) di luce abbondante in natura.


Un team di scienziati di Yale ha creato un tipo più esotico di stato come gatto di Schrödinger che è stato proposto per gli esperimenti per più di 20 anni. Questo gatto vive o muore in due scatole in una sola volta: è un matrimonio dell’idea di gatto di Schrödinger e un altro concetto centrale della fisica quantistica:  il cosiddetto entanglement. Entanglement permette un’osservazione locale per cambiare lo stato di un oggetto distante istantaneamente. Einstein una volta ha definito “azione spettrale a distanza”, e in questo caso si permette uno stato al gatto da distribuire in diverse modalità spaziali.

La squadra Yale ha costruito un dispositivo costituito da due cavità, 3D microonde e una porta di monitoraggio aggiuntiva – tutti collegati da un superconduttore, che è un atomo artificiale. Il “cat” è fatto di luce a microonde confinato in entrambe le cavità.

“Questo gatto è grande e intelligente. Non rimane in una scatola, –ha detto Chen Wang,  post-dottorato a Yale e primo autore di uno studio che descrive la ricerca- perché lo stato quantistico è condiviso tra le due cavità e non può essere descritto separatamente . Si può anche prendere una visione alternativa, dove abbiamo due piccoli e semplici gatti di Schrodinger, uno in ogni scatola, che sono impigliati.”


La ricerca ha anche potenziali applicazioni nella computazione quantistica

La computazione quantistica

.Un computer quantistico sarebbe in grado di risolvere alcuni problemi molto più velocemente rispetto ai computer classici sfruttando sovrapposizione e entanglement. Ma uno dei problemi principali nello sviluppo di un computer quantistico affidabile è come correggere gli errori, senza disturbare le informazioni.

“Si scopre che gli stati ‘gatto’ sono un approccio molto efficace per la memorizzazione delle informazioni quantistiche ridondanti e, per l’attuazione della correzione degli errori quantistici. La generazione di un gatto in due scatole-ha detto il co-autore Robert Schoelkopf, Sterling professore di Fisica applicata e Fisica,direttore del Yale Quantum Institute- è il primo passo verso il funzionamento logico tra due bit quantistici in modo che l’errore  sia correggibile .


Schoelkopf e i suoi collaboratori , Michel Devoret e Steve Girvin, hanno aperto la strada al campo dell’elettrodinamica quantistica su circuito (cQED), che fornisce uno dei quadri più utilizzati per la ricerca sulla  computazione quantistica. Devoret, Beinecke professore di fisica di Yale, e Girvin, Eugene Higgins professore di Fisica di Yale e Fisica Applicata, sono co-autori della carta.
La ricerca si basa su più di un decennio di sviluppo in architettura cQED. La squadra Yale ha progettato una serie di nuove funzioni, tra cui cavità 3D cilindriche con tempo di registrazione dell’informazione quantistica, con un record di più di 1 millisecondo nei circuiti superconduttori, e un sistema di misura che controlla alcuni aspetti di uno stato quantistico in modo preciso, non distruttivo. “Abbiamo combinato qui -ha detto Wang un bel po ‘di recenti tecnologie “.

I batteri moltiplicano i geni delle malattie che inducono per causare rapidamente l’infezione

I batteri possono moltiplicare i geni-malattia che causano l’aumento rapido dell’infezione

Le modalità d'azione dei batteri che usano geni per diffondere la malattia

Le modalità d’azione dei batteri che usano geni per diffondere la malattia

 

Illustrazione della scoperta da parte dei ricercatori Umeå. A sinistra: batteri Yersinia inattivi con un solo filamento di DNA a forma di anello non possono causare infezioni. A destra: batteri Yersinia attivi con più plasmidi di DNA che possono causare malattie intestinali nel topo. Università di Umeå

 

Più di 22 anni fa, i ricercatori hanno scoperto una strategia di infezione di batteri Yersinia patogeni umani – una struttura proteica nelle  pareti  delle cellule batteriche che sembravano una siringa. La struttura, denominata “Tipo III sistema di secrezione” o T3SS, rende possibile il trasferimento di proteine batteriche nella cellula ospite per distruggere il suo metabolismo. Dopo la scoperta, i ricercatori hanno trovato T3SS in diverse altre specie di batteri e T3SS ha dimostrato di essere un meccanismo comune d’infezione che patogeni, vale a dire un agente infettivo, come un virus o un batterio, lo usa per distruggere le cellule ospiti. Ora i ricercatori hanno trovato un legame tra l’infezione e la rapida produzione delle proteine essenziali necessari per formare “la siringa velenosa.”I ricercatori della Università di Umeå in Svezia sono i primi a scoprire che i batteri possono moltiplicare i geni delle malattie che inducono e che sono necessari per causare rapidamente l’infezione. I risultati sono stati pubblicati nel 30 giugno 2016.Più di 22 anni fa, i ricercatori della Università di Umeå sono stati i primi a scoprire una strategia di infezione di patogeni umani Yersinia batteri – una struttura proteica in cellule batteriche pareti che sembravano una siringa. La struttura, denominata “Tipo III sistema di secrezione” o T3SS, rende possibile il trasferimento di proteine batteriche nella cellula ospite e distruggere il suo metabolismo.Dopo la scoperta, i ricercatori hanno trovato T3SS in diverse altre specie di batteri e T3SS ha dimostrato di essere un meccanismo comune infezione che patogeni, vale a dire un agente infettivo, come un virus o un batterio, usare per distruggere le cellule ospiti. Ora, i ricercatori Umeå sono ancora una volta prima di trovare un legame tra l’infezione e la rapida produzione delle proteine essenziali necessari per formare “la siringa velenosa.”Insieme con i ricercatori del Centro Helmholtz per la ricerca sulle infezioni a Braunschweig, Germania, i ricercatori hanno studiato la strategia Umeå virulenza di Yersinia pseudotuberculosis . Questo batterio può causare diarrea acuta, vomito e dolori  allo stomaco, ed è strettamente legato al batterio della peste mortale, il quale condivide molti meccanismi di infezione con. I geni che questi batteri necessitano per incrementare l’infezione si trovano su un cromosoma circolare, chiamato plasmide di virulenza.

 

I ricercatori del Centro di ricerca microbica Umeå   (UCMR), il Laboratorio di Medicina Molecolare infezione Svezia (MIMS) presso il Dipartimento di Biologia Molecolare per  primi hanno eseguito esperimenti di infezione in colture cellulari con cellule umane e poi hanno confermato i loro risultati utilizzando modelli animali. Si è scoperto che una singola copia del plasmide di virulenza non è stato sufficiente a indurre l’infezione, ma i ricercatori hanno scoperto che quando Yersinia viene a contatto con le cellule ospiti, si è innescata una “macchina copia” che ha aumentato il numero di plasmidi.” Yersinia ha sviluppato una strategia molto intelligente, -dice Helen Wang borsista postdottorato-che ha effettuato una gran parte degli esperimenti. Per trasportare un gran numero di plasmidi, i batteri hanno bisogno di molta energia e questo colpisce negativamente il metabolismo e la crescita dei batteri. Ma avere una copia del plasmide -continua Helen Wang-, come modello che può essere rapidamente amplificato nel caso di infezione è una soluzione molto intelligente . Molte copie dei plasmidi danno ai batteri la possibilità di costruire molti T3SS e tutte le proteine necessarie per combbattere rapidamente le cellule ospiti nel corso di una infezione “.E ‘la prima volta i ricercatori possono dimostrare che un aumento del numero di geni plasmidici è necessario per l’infezione da batteri patogeni.”Il nostro studio rappresenta un importante passo avanti in cui dimostriamo che gene-dosaggio di geni plasmidica è una strategia regolamentare veloce utilizzata dai batteri. Questa scoperta , -afferma Tomas Edgren, che insieme a Hans Wolf-Watz, ha condotto lo studio- contribuirà a una maggiore intuizioni resistenza batterica agli antibiotici, ed è un importante passo avanti nella nostra comprensione su come i batteri causano la malattia .”