REVISTA MENTE " ERA CUANTICA"

MENTE revista cientifica

Primera edición

ERA CUÁNTICA montalvan, harrison, medina

3 INTRODUCCION A LA FISICA CUÁNTICA

Breve historia y contexto de la física cuántica, desde los primeros experimentos hasta el desarrollo de la teoría cuántica.

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MÉCANICA CUANTICA Introducción a la ecuación de Schrödinger y conceptos fundamentales como operadores y funciones de onda que forman la base de la mecánica cuántica.

10 COMPUTACIÓN CUANTICA Resumen de los principios de la computación cuántica, incluyendo qubits y la capacidad de realizar cálculos en paralelo.

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FUTURO DE LA FÍSICA CUANTICA Exploración de los desafíos y preguntas sin respuesta, así como las áreas de investigación emergentes y futuras en física cuántica.

16 CIENTIFICOS RELEVANTES Breves biografías de científicos clave en el desarrollo de la física cuántica, destacando sus contribuciones y roles en la historia de la ciencia.

MENTE GRANDES LOGROS DEL INTELECTO HUMANO

INTRODUCCION DE LA FISICA CUANTICA La física cuántica es uno de los grandes logros del intelecto humano y es la base de la comprensión de los fenómenos naturales.

La física clásica es un límite de la cuántica. La física cuántica explica el átomo, el enlace químico, las moléculas, la interacción de la luz con las partículas, la materia…

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Principios Fundamentales de la Física Cuántica Impacto de la Física Cuántica La física cuántica es uno de los grandes logros del intelecto humano y es la base de la comprensión de los fenómenos naturales. La física clásica es un límite de la cuántica. La física cuántica explica el átomo, el enlace químico, las moléculas, la interacción de la luz con las partículas, la materia… Aunque la física cuántica describe el mundo a escala atómica podemos observar sus consecuencias a escala macroscópica en las propiedades térmicas (como la radiación), ópticas (como los colores), eléctricas (como la clasificación entre aislantes, metales y semiconductores en los sólidos cristalinos) y magnéticas (como el ferromagnetismo, anti ferromagnetismo y otros ordenes magnéticos de la materia).

La física cuántica tiene a su vez importantes aplicaciones tecnológicas como la invención del transistor y por lo tanto del ordenador y es la base de la mayoría de la alta tecnología electrónica que utilizamos hoy en día.

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La idea principal es que las partículas son también ondas y las ondas son también partículas.

La intuición de que las partículas sean también ondas se la debemos a De Broglie que propuso que la velocidad por la masa (denominado momento en física p=mv) de una partícula es inversamente proporcional a la longitud de onda (p=h/).

El factor proporcional h es la constante de Planck. La hipótesis ondulatoria de las partículas ha sido confirmada numerosas veces en fenómenos de interferencia.

El electrón por ejemplo, es entonces onda y partícula a la vez y se describe por una función de onda que tiene una amplitud y una fase. El cuadrado de la función de onda nos da la probabilidad de encontrar el electrón y su fase se puede observar porque produce fenómenos de interferencia.

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La mecánica cuántica La Revolución Cuántica Iniciada por Max Planck En teorías anteriores de la física clásica, la energía era tratada únicamente como un fenómeno continuo, en tanto que la materia se supone que ocupa una región muy concreta del espacio y que se mueve de manera continua. Según la teoría cuántica, la energía se emite y se absorbe en cantidades discretas y minúsculas. Un paquete individual de energía, llamado cuanto, en algunas situaciones se comporta como una partícula de materia.

Por otro lado, se encontró que las partículas exponen algunas propiedades ondulatorias cuando están en movimiento y ya no son vistas como localizadas en una región determinada, sino más bien extendidas en cierta medida.

. La luz u otra radiación emitida o absorbida por un átomo solo tiene ciertas frecuencias (o longitudes de onda), como puede verse en la línea del espectro asociado al elemento químico representado por tal átomo. La teoría cuántica demuestra que tales frecuencias corresponden a niveles definidos de los cuantos de luz, o fotones, y es el resultado del hecho de que los electrones del átomo solo pueden tener ciertos valores de energía permitidos. Cuando un electrón pasa de un nivel permitido a otro, una cantidad de energía es emitida o absorbida, cuya frecuencia es directamente proporcional a la diferencia de energía entre los dos niveles.

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La mecánica cuántica surge tímidamente en los inicios del siglo XX dentro de las tradiciones más profundas de la física para dar una solución a problemas para los que las teorías conocidas hasta el momento habían agotado su capacidad de explicar, como la llamada catástrofe ultravioleta en la radiación de cuerpo negro predicha por la física estadística clásica y la inestabilidad de los átomos en el modelo atómico de Rutherford. La prime-

ra propuesta de un principio propiamente cuántico se debe a Max Planck en 1900, para resolver el problema de la radiación de cuerpo negro, que fue duramente cuestionado, hasta que Albert Einstein lo convierte en el principio que exitosamente pueda explicar el efecto fotoeléctrico.

Desarrollo histórico.

La teoría cuántica fue desarrollada en su forma básica a lo largo de la primera mitad del siglo XX. por hechos experimentales como los siguientes, inexplicables con las herramientas teóricas anteriores de la mecánica clásica o la electrodinámica: Espectro de la radiación del cuerpo negro, resuelto por Max Planck con la cuantización de la energía. La energía total del cuerpo negro resultó que tomaba valores discretos más que continuos. Este fenómeno se llamó cuantización, y los intervalos posibles

más pequeños entre los valores discretos son llamados quanta (singular: quantum, de la palabra latina para «cantidad», de ahí el nombre de mecánica cuántica). El tamaño de un cuanto es un valor fijo llamado constante de Planck, y que vale: 6.626 10-34 julios por segundo.

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Desarrollo y Impacto de la Mecánica Cuántica en el Siglo XX Las propiedades físicas de objetos con historias asociadas pueden ser correlacionadas, en una amplitud prohibida para cualquier teoría clásica, sólo pueden ser descritos con precisión si se hace referencia a ambos a la vez. Este fenómeno es llamado entrelazamiento cuántico y la desigualdad de Bell describe su diferencia con la correlación ordinaria. Las medidas de las violaciones de la desigualdad de Bell fueron algunas de las mayores comprobaciones de la mecánica cuántica.

Explicación del efecto fotoeléctrico, dada por Albert Einstein, en que volvió a aparecer esa “misteriosa” necesidad de cuantizar la energía.

Efecto Compton.

El desarrollo formal de la teoría fue obra de los esfuerzos conjuntos de varios físicos y matemáticos de la época como Schrödinger, Heisenberg, Einstein, Dirac, Bohr y Von Neumann entre otros (la lista es larga). Algunos de los aspectos fundamentales de la teoría están siendo aún estudiados activamente. La mecánica cuán-

tica ha sido también adoptada como la teoría subyacente a muchos campos de la física y la química, incluyendo la física de la materia condensada, la química cuántica y la física de partículas.

La región de origen de la mecánica cuántica puede localizarse en la Europa central, en Alemania y Austria, y en el contexto histórico del primer tercio del siglo XX.

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MENTE

COMPUTACIÓN CUANTICA ¿Cómo funciona la computación cuántica?

En los próximos años pasaremos de la era digital a la era cuántica.

En este artículo presentamos los elementos básicos de la computación cuántica, una de las tecnologías con más potencial disruptivo.

La transformación digital está generando cambios en el mundo más rápido que nunca. ¿Creerías que la era digital está por acabarse? Ya se ha señalado la alfabetización digital como un área donde el conocimiento abierto y las oportunidades accesibles para aprender sobre la tecnología son urgentes para abordar las brechas en el desarrollo social y económico. Aprender de los conceptos claves de la era digital se volverá aún más crítico ante la inminente llegada de otra nueva ola tecnológica capaz de transformar los modelos existentes con una velocidad y potencia asombrosa: las tecnologías cuánticas

¿Creerías que la era digital está por acabarse?

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tecnologías cuánticas A lo largo de la historia, el ser humano ha ido desarrollando tecnología a medida que ha ido entendiendo el funcionamiento de la naturaleza a través de la ciencia. Entre los años 1900 y 1930, el estudio de algunos fenómenos físicos que aún no estaban bien entendidos dio lugar a una nueva teoría física, la Mecánica Cuántica. Esta teoría describe y explica el funcionamiento del mundo microscópico, hábitat natural de moléculas, átomos o electrones. Gracias a ella no solo se ha conseguido explicar esos fenómenos, sino que ha sido posible entender que la realidad subatómica funciona de forma completamente contra intuitiva, casi mágica, y que en el mundo microscópico tienen lugar sucesos que no ocurren en el mundo macroscópico.

Entre estas propiedades cuánticas se incluyen la superposición cuántica, el entrelazamiento cuántico y el teletransporte cuántico.

• La superposición cuántica describe cómo una partícula puede estar en diferentes

estados a la vez.

• El entrelazamiento cuántico describe cómo dos partículas tan separadas como se desee pueden estar correlacionadas de forma que, al interactuar con una, la otra se entera.

• El teletransporte cuántico utiliza el entrelazamiento cuántico para enviar información de un lugar a otro del espacio sin necesidad de viajar a través de él.

Las tecnologías cuánticas son basadas en estas propiedades cuánticas de la naturaleza subatómica. En este caso, hoy en día el entendimiento del mundo microscópico a través de la Mecánica Cuántica nos permite inventar y diseñar tecnologías capaces de mejorar la vida de las personas. Hay muchas y muy diferentes tecnologías que utilizan fenómenos cuánticos y, algunas de ellas, como el láser o las imágenes por resonancia magnética (IRM), llevan ya entre nosotros más de medio siglo. Sin embargo, actualmente esta-

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¿Qué es la computación cuántica?

En este caso, hoy en día el entendimiento del mundo microscópico a través de la Mecánica Cuántica nos permite inventar y diseñar tecnologías capaces de mejorar la vida de las personas. Hay muchas y muy diferentes tecnologías que utilizan fenómenos cuánticos y, algunas de ellas, como el láser o las imágenes por resonancia magnética (IRM), llevan ya entre nosotros más de medio siglo. Sin embargo, actualmente estamos presenciando una revolución tecnológica en áreas como la computación cuántica, la información cuántica, la simulación cuántica, la óptica cuántica, la metrología cuántica, los relojes cuánticos o los sensores cuánticos.

¿Por qué es importante saber sobre la tecnología cuántica?

Estamos en un momento de transformación digital en el que distintas tecnologías emergentes como blockchain, inteligencia artificial, drones, Internet de las cosas, realidad virtual, 5G, impresoras 3D, robots o vehículos autónomos tienen cada vez más presencia

en múltiples ámbitos y sectores. Estas tecnologías, llamadas a mejorar la calidad de vida del ser humano acelerando el desarrollo y generando impacto social, avanzan hoy en día de manera paralela.

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FUTURO DE LA FISICA CUANTICA La física cuántica será clave en el futuro de la seguridad digital En un futuro, con la llegada de los ordenadores cuánticos, los sistemas criptográficos que utilizamos para proteger nuestras telecomunicaciones diarias tendrán que cambiar. Y una de las nuevas opciones que se encuentra sobre la mesa es la utilización de satélites para generar conexiones seguras utilizando fotones. Aunque parezca difícil de entender, sigue leyendo, que te lo contamos de una forma muy sencilla.

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Cuando buscamos información en Internet, hacemos una videollamada, consultamos la página web de nuestro banco o simplemente enviamos un correo electrónico, ocurren procesos que, aunque no seamos conscientes de ellos, hacen posible que este tipo de actividades digitales sean seguras y que los datos que transmitimos permanezcan a salvo de terceros.

En concreto, nos referimos a los sistemas criptográficos.

Empleando una definición muy sencilla, podemos decir que la criptografía es un método que utiliza códigos para proteger la información y que solo pueda ser procesada y accesible para sus destinatarios. La composición del propio término ayuda a entenderla mejor: ‘Cripto’ proviene del griego y significa oculto o encubierto, mientras que ‘grafía’ hace referencia a la escritura.

. A modo de ejemplo, cuando organizamos una videollamada con otra persona, podemos decir que su dispositivo y el nuestro acuerdan e intercambian una serie de claves para cifrar y asegurar la comunicación. De esta forma, nadie que no hayamos invitado a unirse a la conversación, podrá formar parte de ella ni tener acceso a nuestros datos.

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CIENTIFICOS RELEVANTES Cuando se habla de personas influyentes, uno siempre piensa en los gobernantes o en los políticos. Sin embargo, el impacto que ha tenido el descubrimiento de la Mecánica Cuántica en nuestro quehacer diario es tan formidable que es dable pensar que los científicos que contribuyeron a su desarrollo, son las personas que más influyen actualmente en nuestras vidas. Nombres desconocidos como Bohr, Heisenberg, Schrödinger, Pauli, Bardeen, Oppenheimer, Gabor, Schockley, Brattain, Roentgen, Dirac, etc. y el único muy conocido Einstein, han cambiado el mundo completamente.

Revolución Cuántica: Científicos Anónimos que Cambiaron Nuestra Realidad

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Niels Bohr

Wolfgang Pauli

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John Bardeen

Robert Oppenheimer

Dennis Gabor

Walter Houser

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Revolución Cuántica: Científicos Anónimos que Cambiaron Nuestra Realidad A principios del siglo XX, la física experimentó una revolución científica, especialmente en la búsqueda de comprender la estructura de la materia. El descubrimiento de los rayos X por Roentgen en 1900 proporcionó las primeras evidencias tangibles de la existencia de átomos. La Mecánica Cuántica, desarrollada por físicos como Bohr, Einstein, Heisenberg, Schrödinger, y Dirac, fue la primera teoría que permitió comprender el mundo microscópico de los átomos.

En medio de cambios históricos como la revolución rusa y las guerras mundiales, la mecánica cuántica surgió y podría haber alterado significativamente el curso de la historia con la revelación de la fisión nuclear y la posterior creación de la bomba atómica. La relación complicada entre Bohr y Heisenberg, influida por la política y las circunstancias personales, se presenta como un misterio que se explora en obras como “Copenhague” de Michael Frayn.

A pesar de los aspectos controvertidos, la mecánica cuántica ha permeado la vida

cotidiana a través de tecnologías como transistores, computadoras, sensores, láseres, resonancia magnética, entre otros. La física del estado sólido, una disciplina derivada de la mecánica cuántica, ha sido fundamental para el desarrollo tecnológico del siglo XX, dando lugar a avances en las telecomunicaciones y la medicina. La comprensión cuántica no solo amplió nuestra visión filosófica, sino que también impulsó el progreso tecnológico, transformando el mundo de manera fundamental.

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ERA CUÁNTICA

PRIMERA EDICION

LA TRANSICIÓN DE LA ERA DIGITAL A LA CUÁNTICA Los colaboradores de Cuántica, e n agradecimiento a l apoyo d e los suscriptores digitales que día a día aumentan, han creado una edición especial de la revista, que trata a cerca del proceso evolutivo d e la a ctual e ra digital hacia la futura e ra cuántica.Esperamos s ea de su a grado.

Recuerden:

#SomosInnovacion

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