Researchers realize efficient generation of high-dimensional quantum teleportation

In a study published in Physical Review Letters, a team led by academician Guo Guangcan from the University of Science and Technology of China (USTC) of the Chinese Academy of Sciences (CAS) has made progress in high dimensional quantum teleportation. The researchers demonstrated the teleportation of high-dimensional states in a three-dimensional six-photon system.

To transmit unknown quantum states from one location to another, quantum teleportation is one of the key technologies to realize long-distance transmission.

Compared with two-dimensional systems, high-dimensional system quantum networks have the advantages of higher channel capacity and better security. In recent years more and more researchers of the quantum information field have been working on generating efficient generation of high-dimensional quantum teleportation to achieve efficient high-dimensional quantum networks.

As early as 2016, the researchers from USTC experimentally showed that nonlocality can be produced from single-particle contextuality through two-particle correlations which do not violate any Bell inequality by themselves, and generated high-fidelity three-dimensional entanglement. In 2020, 32-dimensional quantum entanglement and efficient distribution of high-dimensional entanglement through 11 km fiber were respectively achieved to lay a solid foundation for scalable quantum networks.

In a linear optical system, auxiliary entanglement is the key to realizing high-dimensional quantum teleportation. The researchers exploited the spatial mode (path) to encode the three-dimensional states that has been demonstrated to extremely high-fidelity, and used an auxiliary entangled photon pair to perform the high-dimensional Bell state measurement (HDBSM), demonstrating the teleportation of a three-dimensional quantum state using the spatial mode of a single photon.

In this work, the fidelity of teleportation process matrix could reach 0.5967, which is seven standard deviations above the fidelity of 1/3, which proves the teleportation is both non-classical and genuinely three dimensional.

This study paves the way to rebuild complex quantum systems remotely and to construct complex quantum networks. It will promote the research on high-dimensional quantum information tasks. Entanglement-assisted methods for HDBSM are feasible for other high-dimensional quantum information tasks.

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Birds Have a Mysterious ‘Quantum Sense’. For The First Time, Scientists Saw It in Action

Seeing our world through the eyes of a migratory bird would be a rather spooky experience. Something about their visual system allows them to ‘see’ our planet’s magnetic field, a clever trick of quantum physics, and biochemistry that helps them navigate vast distances.

Now, for the first time ever, scientists from the University of Tokyo have directly observed a key reaction hypothesised to be behind birds’, and many other creatures’, talents for sensing the direction of the planet’s poles.

Importantly, this is evidence of quantum physics directly affecting a biochemical reaction in a cell – something we’ve long hypothesised but haven’t seen in action before. 

Using a tailor-made microscope sensitive to faint flashes of light, the team watched a culture of human cells containing a special light-sensitive material respond dynamically to changes in a magnetic field.

A cell’s fluorescence dimming as a magnetic field passes over it. (Ikeya and Woodward, CC BY 4.0)

The change the researchers observed in the lab match just what would be expected if a quirky quantum effect was responsible for the illuminating reaction.

“We’ve not modified or added anything to these cells,” says biophysicist Jonathan Woodward.

“We think we have extremely strong evidence that we’ve observed a purely quantum mechanical process affecting chemical activity at the cellular level.”

So how are cells, particularly human cells, capable of responding to magnetic fields?

While there are several hypotheses out there, many researchers think the ability is due to a unique quantum reaction involving photoreceptors called cryptochromes.

Cyrptochromes are found in the cells of many species and are involved in regulating circadian rhythms. In species of migratory birds, dogs, and other species, they’re linked to the mysterious ability to sense magnetic fields.

In fact, while most of us can’t see magnetic fields, our own cells definitely contain cryptochromes. And there’s evidence that even though it’s not conscious, humans are actually still capable of detecting Earth’s magnetism.

To see the reaction within cyrptochromes in action, the researchers bathed a culture of human cells containing cryptochromes in blue light caused them to fluoresce weakly. As they glowed, the team swept magnetic fields of various frequencies repeatedly over the cells.

They found that each time the magnetic field passed over the cells, their fluorescence dipped around 3.5 percent – enough to show a direct reaction.

So how can a magnetic field affect a photoreceptor?

It all comes down to something called spin – an innate property of electrons.

We already know that spin is significantly affected by magnetic fields. Arrange electrons in the right way around an atom, and collect enough of them together in one place, and the resulting mass of material can be made to move using nothing more than a weak magnetic field like the one that surrounds our planet.

This is all well and good if you want to make a needle for a navigational compass. But with no obvious signs of magnetically-sensitive chunks of material inside pigeon skulls, physicists have had to think smaller.

In 1975, a Max Planck Institute researcher named Klaus Schulten developed a theory on how magnetic fields could influence chemical reactions. 

It involved something called a radical pair.

A garden-variety radical is an electron in the outer shell of an atom that isn’t partnered with a second electron.

Sometimes these bachelor electrons can adopt a wingman in another atom to form a radical pair. The two stay unpaired but thanks to a shared history are considered entangled, which in quantum terms means their spins will eerily correspond no matter how far apart they are.

Since this correlation can’t be explained by ongoing physical connections, it’s purely a quantum activity, something even Albert Einstein considered ‘spooky‘. 

In the hustle-bustle of a living cell, their entanglement will be fleeting. But even these briefly correlating spins should last just long enough to make a subtle difference in the way their respective parent atoms behave.

In this experiment, as the magnetic field passed over the cells, the corresponding dip in fluorescence suggests that the generation of radical pairs had been affected.

An interesting consequence of the research could be in how even weak magnetic fields could indirectly affect other biological processes. While evidence of magnetism affecting human health is weak, similar experiments as this could prove to be another avenue for investigation.

“The joyous thing about this research is to see that the relationship between the spins of two individual electrons can have a major effect on biology,” saysWoodward.

Of course, birds aren’t the only animal to rely on our magnetosphere for direction. Species of fishwormsinsects, and even some mammals have a knack for it. We humans might even be cognitively affected by Earth’s faint magnetic field.

Evolution of this ability could have delivered a number of vastly different actions based on different physics.

Having evidence that at least one of them connects the weirdness of the quantum world with the behaviour of a living thing is enough to force us to wonder what other bits of biology arise from the spooky depths of fundamental physics.

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Ética profunda: o longo caminho para distinguir o certo do errado

Na série The Good Place, um professor de filosofia chamado Chidi tenta ajudar seus colegas de vida após a morte a se tornarem pessoas melhores, apresentando a eles algumas questões morais e éticas com as quais os filósofos se preocupam. Entre elas, o clássico “dilema do bonde”: 

“Imagine que você está dirigindo um bonde desgovernado e no trilho à sua frente estão cinco operários que você vai atropelar. Você tem a opção de mudar a direção do trem, o que resultaria na morte de uma única pessoa que está no outro trilho, em vez dos cinco operários. O que você faz?” 

Para o azar de Chidi, ele é imediatamente colocado na situação de estar efetivamente dirigindo um bonde sem freio e precisa decidir o que vai fazer – a verdade é que ele não consegue.

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Pesquisadora de Harvard dá 7 dicas para criar filhos resilientes

Como criar crianças com um cérebro flexível e, portanto, resiliente? Em um artigo publicado para o site da emissora norte-americana CNBC, a pesquisadora Lisa Feldman Barrett reuniu 7 dicas que podem (e devem) ser adotadas pelos pais no dia a dia dos pequenos.

Segundo especialista, a habilidade está relacionada à capacidade de enfrentar uma situação adversa e se desenvolver a partir dela. Mais do que se adaptar, é conseguir superá-la, encontrando uma nova maneira de viver.

Veja abaixo as sugestões da especialista (Lisa é diretora científica do Center for Law, Brain & Behavior, da Universidade de Harvard, e professora de psicologia da Universidade Northeastern, nos Estados Unidos)

1 – Seja um jardineiro, não um carpinteiro

A ideia aqui não é moldar o cérebro da criança ao gosto do adulto, mas criar um ambiente fértil para que ele possa florescer por conta própria, criando um ambiente saudável para o crescimento dos pequenos em qualquer que seja a direção escolhida.

“Você pode querer que seu filho toque violino no Symphony Hall algum dia, mas forçá-lo a ter aulas (a abordagem do carpinteiro) pode criar um virtuose, ou uma criança que vê a música como uma tarefa desagradável. A abordagem do jardineiro seria espalhar uma variedade de oportunidades musicais pela casa e ver quais delas despertam o interesse de seu filho”, diz Lisa.

Depois de entender as aptidões naturais do seu filho, a especialista sugere que os pais “ajustem o solo” para que ele crie raízes e floresça.

2 – Converse e leia para seu filho

Por mais novo que seja o seu filho, e ainda que ele não compreenda o significado das palavras, pesquisas apontam que essa prática cria uma base neural favorável para o aprendizado posterior. Isso também tende a melhorar o vocabulário das crianças e sua compreensão de leitura.

A pesquisadora também defende a importância de ensinar as crianças os nomes das emoções, e o que as provoca. “Fale sobre o que causa emoções e como elas podem afetar alguém: ‘Está vendo aquele menino chorando? Ele está sentindo dor por ter caído e arranhado o joelho. Ele está triste e provavelmente quer um abraço dos pais’. Pense em você como um guia turístico de seus filhos através do misterioso mundo dos humanos e seus movimentos e sons.”

3 – Explique as coisas

Mesmo que pareça cansativo às vezes, responder às perguntas das crianças e explicar o mundo para elas torna as vivências mais previsíveis o que, segundo Lisa, é benéfico. “Os cérebros funcionam com mais eficiência quando prevêem bem.”

Outra dica importante é evitar justificar suas decisões com “porque eu disse e pronto”. “As crianças que entendem as razões para se comportar de uma determinada maneira podem regular mais eficazmente suas ações. Esse raciocínio os ajuda a compreender as consequências de suas ações e estimula a empatia”, defende.

4 – Descreva os comportamentos, não as pessoas

“Quando seu filho bater na cabeça de sua filha, não o chame de ‘menino mau’. Seja específico: ‘Pare de bater na sua irmã. Isso a machuca e a deixa irritada'”, sugere Lisa.

E a mesma regra vale para elogios. “Não chame sua filha de ‘uma boa menina’. Em vez disso, comente sobre as ações dela: ‘Você fez uma boa escolha em não bater em seu irmão de volta.’ Esse tipo de formulação ajudará seu cérebro a construir conceitos mais úteis sobre suas ações e ela mesma.”

5 – Ajude seu filho a imitar você

A melhor forma que uma criança tem para aprender é brincando, observando e imitanndo seus pais. Então, inclua seu filho nas atividades do dia a dia da casa, proporcionando a chance de uma imitação divertida. “Entregue a eles uma vassoura em miniatura, uma pá de jardim ou um cortador de grama de brinquedo e deixe a imitação começar”, diz.

6 – Exponha seus filhos ao máximo de pessoas possível

Além daqueles que já fazem parte do convívio rotineiro das crianças (pais, avós, tios e amigos próximos), é importante que os pequenos convivam com o máximo de pessoas possível, para entender a diversidade da sociedade em que vivemos.

“De acordo com pesquisas, bebês que interagem regularmente com falantes de diferentes línguas podem reter conexões cerebrais que os ajudem a aprender outras línguas no futuro. Da mesma forma, bebês que veem muitos rostos diversos podem se conectar para melhor distinguir e lembrar uma variedade maior de rostos mais tarde na vida. Este pode ser o passo antirracismo mais simples que você pode dar como pai”, defende Lisa.

7 – Apoie as experiências do seu filho

“Quando seu filho de dois anos joga o cereal no chão e espera que você pegue, ele não está ‘manipulando’ você. Mais provavelmente, ele está aprendendo algo sobre a física da gravidade. Ele também está aprendendo que suas ações afetam o mundo ao seu redor. Então pegue os cereais e deixe-o tentar novamente”, diz a especialista.

No entanto, na prática, saber a hora de intervir e de não intervir é um desafio. “Se você está sempre presente, orientando seu filho e cuidando de todas as suas necessidades, ele não aprenderá a fazer as coisas sozinho. Às vezes, deixá-lo lutar cria resiliência e o ajuda a compreender as consequências de suas ações.”

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Supercomputer Aurora 21 will map the human brain, starting in 2021

Between your ears lies a miracle of nature, with more connections than our galaxy has stars. In the past, the idea of mapping the connectome—or the interconnected neuronal pathways of the brain (the white matter), was thought impossible. Now, a group of scientists are planning to do just that. How? They plan on using an oncoming supercomputer with tremendous power. Should they be successful, it could stand as one of the greatest achievements in the history of science. And that’s just one of the project’s scientists at Argonne National Laboratory are planning, with Aurora 21 (A21).

Intel, IBM, and other tech giants are currently working together to create this mind-blowing supercomputer that’ll run a quintillion operations simultaneously. This will be the first exascale supercomputer in the US. It’s set to go live in 2021. Originally, the US Department of Energy (DOE) reported a 2023 unveiling. But when China announced it was to have its own (exascale supercomputer) by 2020, the DOE stepped up its schedule. Those involved with the project say it’s humming along and should be completed on time.

A21 will have a computing power of 1 exaflop. The US, Japan, and China have been in something of a supercomputer arms race. For now, China has the top model, the Sunway TaihuLight in Wuxi. It runs at 200 million billion petaflops. Aurora 21 will surpass this. It’s currently being built at Argonne National Laboratory in Lemont, Illinois.

According to Science Magazine, “IBM and its partner NVIDIA, the makers of Summit, have focused on marrying central processing units (CPUs) with graphical processing units, which are faster and more efficient for calculations involved in complex visual simulations. Intel and Cray, meanwhile, have long aimed to increase the number of CPU ‘cores’ operating in parallel and creating fast links between them.”

xonal nerve fibers in a real brain. Image credit: jgmarcelino from Newcastle upon Tyne, UK, Wikipedia Commons. 

A21 is expected to cost hundreds of millions of dollars. It’ll take up a quarter acre of land, require thousands of miles of wires, and is expected to consume enough power to light a midsize city. Experts say either China or Japan is likely to develop the world’s first exascale supercomputer, but that A21 will make sure the US keeps up with its closest competitors.

There are lots of projects on the docket already, besides mapping the connectome. Others projects include understanding how gases flow during combustion, how galaxies form, and how plasma reacts in a fusion reactor. A21 will also forecast the weather and predict how new medicines might react inside the body. In sum total, it’ll be a huge windfall for physics and science in general.

Neuroscientist Bobby Kasthuri will be a part of this connectome project, some 100 million neurons altogether, approximately. It would do so by piecing together millions of 2-dimensional images to make a 3-dimensional picture of the brain’s white matter. Kasthuri and colleagues plan on mapping a number of different brains, not just one.

They don’t know how much one will vary from the next and they’re excited to see the differences among age groups. Researchers believe the results will give us greater insights into human psychology, thinking, learning, and behavior, and help us better understand all sorts of conditions, such as autism and schizophrenia.

To hear the announcement by the DOE of the creation of this supercomputer, click here:

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‘Geração digital’: por que, pela 1ª vez, filhos têm QI inferior ao dos pais

A Fábrica de Cretinos Digitais. Este é o título do último livro do neurocientista francês Michel Desmurget, diretor de pesquisa do Instituto Nacional de Saúde da França, em que apresenta, com dados concretos e de forma conclusiva, como os dispositivos digitais estão afetando seriamente — e para o mal — o desenvolvimento neural de crianças e jovens.

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O que controla sua vida é sua consciência ou seu estado zumbi?

Quantas vezes você se viu fazendo alguma coisa sem ter consciência disso? Costuma-se dizer que isso é agir no “piloto automático” – e se isso é real ou não, é uma questão de 1.500 anos, desde que o filósofo Santo Agostinho se perguntou se a consciência é contínua ou se estamos conscientes apenas em certos momentos do tempo. Para um grupo de psicofísicos da Escola Politécnica Federal de Lausanne (EPFL), na Suíça, a resposta é: os dois.

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Common class of drugs linked to increased risk of Alzheimer’s disease

A team of scientists, led by researchers at University of California San Diego School of Medicine, report that a class of drugs used for a broad array of conditions, from allergies and colds to hypertension and urinary incontinence, may be associated with an increased risk of cognitive decline, particularly in older adults at greater risk for Alzheimer’s disease (AD).

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