Jesús Cobas

Fuente: Physorg
Autor: Lisa Zyga

Entre los muchos misteriosos conceptos de las teorías relativistas de Einstein está la idea de las Curvas Cerradas de Tipo Tiempo (CTC), que son caminos del espacio-tiempo que vuelven a sus puntos iniciales. Como tales, las CTCs ofrecen la posibilidad de viajar en el tiempo. Pero, como muchas películas de ciencia ficción han explicado, el viaje en el tiempo está lleno de posibles paradojas. Probablemente la más conocida de ellas es la paradoja del abuelo, en la que el viajero vuelve al pasado y mata a su abuelo, previniendo su propio nacimiento.

Fuente: Physorg

En un nuevo estudio, un equipo de investigadores ha propuesto una nueva teoría de los CTCs que puede resolver esta paradoja, e incluso han llevado a cabo un experimento que muestra cómo funciona su sistema. Los investigadores, liderados por Seth Lloyd del MIT, junto con científicos de Piazza dei Cavalieri de Pisa, la Tokyo Institute of Technology y la Universidad de Toronto, han publicado su estudio en el último número de Physical Review Letters. Los conceptos del estudio son similares a los de otro publicado en arXiv.org el año pasado.

En la nueva teoría, se obliga a que los CTCs se comporten como los canales cuánticos ideales del tipo involucrado en la teletransportación. En esta teoría, los CTCs auto consistentes (los que no tienen paradojas) son seleccionados a posteriori y se llaman "P-CTCs". Como explican los científicos, esta teoría difiere de la aceptada comúnmente, propuesta por David Deutsch, en la que un viajero mantiene la auto-consistencia al viajar de vuelta a un pasado diferente del que recuerda. En la formulación P-CTC, los viajeros deben viajar al pasado que recuerdan.

Aunque los P-CTCs pueden parecer complicados, la verdad es que pueden ser analizados experimentalmente en simulaciones de laboratorio. Al enviar un qubit "viviente" (por ejemplo, un bit en el estado 1) unas billonésimas de segundo en el tiempo para intentar "matar" a su "yo" antiguo (por ejemplo, que se ponga a 0), los científicos muestran que sólo los fotones que no se matan a sí mismos pueden hacer el viaje.

Para demostrar esto, los científicos guardaron dos qubits en un único fotón, uno de los cuales representa el qubit que viaja hacia adelante y otro que representa el qubit que viaja al pasado. El que viaja al pasado puede teletransportarse a través del canal cuántico (CTC) sólo si el CTC terminar proyectando ambos qubits entrelazados en el mismo estado.

Después de que los qubits estén entrelazados, sus estados se miden con dos qubits de medida. Luego, una "pistola cuántica" se dispara sobre el qubit que viaja hacia adelante, el cual, dependiendo del ángulo de la pistola, puede o no rotar la polarización del qubit. Los estados de los qubits se miden de nuevo para averiguar si la pistola se ha girado hacia el qubit que va hacia adelante o no. Si ambos qubits están en el mismo estado (00 o 11), quiere decir que la pistola no ha cambiado la polarización y el fotón "sobrevive". Si los estados no son iguales (01 o 10), entonces el fotón ha matado a su "yo" del pasado. Los estados de los qubits siempre fueron iguales, lo que demuestra que un qubit no puede matarse a sí mismo.

Los científicos aseguran que su experimento no puede probar si un CTC real obedece a su nueva teoría, dado que no se sabe a ciencia cierta si en realidad existen. Sin embargo, anteriores investigaciones han probado que, de existir, podrían utilizarse en informática.

Más información: Seth Lloyd, et al. “Closed Timelike Curves via Postselection: Theory and Experimental Test of Consistency.” Physical Review Letters 106, 040403 (2011). DOI:10.1103/PhysRevLett.106.040403

Enlace original: Technology Review

La mecánica cuántica puede explicar, al fin, por qué el plegamiento de las proteínas depende de una forma tan peculiar de la temperatura. Este descubrimiento podría dar lugar a explicaciones de un gran número de fenómenos biológicos.

La famosa relación de Arrenius dice que las cosas ocurren más rápido cuanto más calientes estén. en química, esto es algo que suele ser cierto pero hay una excepción importante: la velocidad a la que las proteínas se pliegan hasta su forma funcional.

Podría pensarse que las proteínas deberían de plegarse más rápido al enfríarse y "desplegarse" más rápido al calentarse, pero la relación real no es ni lineal ni simétrica, lo que quiere decir que el plegado no es el inverso del "desplegado".

Los aminoácidos se convierten en proteínas. Fuente:Wikipedia

Unos biólogos moleculares han propuesto varios mecanismos que lo podrían explicar, como la interacción no lineal entre el agua y las partes hidrófobas de las proteínas, pero ninguna ha resultado convincente.

Eso parece que va a cambiar con el trabajo de Liaofu Luo de la Universidad de Inner Mongolia y Jun Lu de la Inner Mongolia University of Technology, ambas sitúadas en China. Dicen que la forma en que se pliegan depende claramente de la temperatura si se tiene en cuenta la mecánica cuántica.

Antes que nada, analicemos un poco el plegamiento proteínico. Las proteínas son largas cadenas de aminoácidos que se vuelven biológicamente activas cuando se pliegan hasta adquirir una forma específica y muy compleja. El problema es averiguar cómo hacen esto de una forma tan rápida cuando hay tantas configuraciones posibles.

Para hacerse una idea, una proteína relativamente pequeña de sólo 100 aminoácidos puede tomar 10^100 configuraciones diferentes. Si se probase cada una de estas formas cada 100 milmillonésimas de segundo, se tardaría más que la edad del Universo en encontrar la correcta. Nadie sabe cómo son capaces de hacerlo en microsegundos.

Lo que sí se sabe es que la velocidad a la que se pliegan es muy sensible a la temperatura y los biólogos tienen muchos datos que muestran de una forma muy precisa la velocidad a la que varía. Al dibujar estos valores, se obtuvieron curvas inesperadas.

Hoy, Luo y Lo dicen que estas curvas podrían explicarse con facilidad si el proceso fuese cuántico, la forma podría cambiar por transición cuántica, es decir, que la proteína podría "saltar" de una forma a otra sin adoptar las formas intermedias.

Luo y Lo analizaron esta idea utilizando un modelo matemático sobre la forma en la que podría funcionar y luego derivan las ecuaciones que describen la forma en la que la velocidad del plegamiento cambiaría con la temperatura. Finalmente ajustaron las predicciones de su modelo con experimentos reales.

Su sorprendente resultado es que este modelo de transición cuántico se ajusta a las curvas de 15 proteínas diferentes e incluso explica la diferencia entre el plegado y el "desplegado" de las mismas proteínas.

Es un resultado muy importante. Las ecuaciones de Luo y Lo constituyen las primeras leyes universales sobre el plegamiento de proteínas. Es el equivalente biológico a algo como las leyes de la Termodinámica en la Física.

Impresionante... y no se termina ahí.

Varios grupos están buscando pruebas de que los procesos cuánticos estén presentes en todo desde la fotosíntesis a la navegación de las aves.

Si la mecánica cuántica juega un papel tan importante en el plegamiento proteínico, entonces habrá pocas dudas sobre la importancia que puede tener en otras máquinas celulares. Sólo será cuestión de tiempo que empiecen a salir biólogos cuánticos.

Ref: arxiv.org/abs/1102.3748: Temperature Dependence of Protein Folding Deduced from Quantum Transition