Efectos Mecano-cuánticos y su aplicación a la tecnología

 Efectos Mecano-cuánticos y su aplicación en la tecnología

by: Arturo Domínguez

El sol brilla. Esto es un hecho que se ha conocido desde tiempos remotos, uno de los hechos que formaron nuestro pensamiento una vez tuvimos razón, y poco a poco, a través de la ciencia hemos descubierto cómo es que fenómenos como este tienen un lugar en nuestro universo; algo que muy pocas personas sabrán es que sin la mecánica cuántica el sol no podría brillar. La mecánica cuántica forma parte de la física “moderna”, pues fue hace relativamente poco que se comenzó a indagar en esta área; anteriormente éramos regidos por la física clásica, una rama de la física que dice que cualquier evento puede ser determinado, seguidores de esta teoría eran por ejemplo Newton y Einstein. Fue hasta 1900 que Max Planck introdujo su teoría cuántica, sedimentando el camino para innumerables descubrimientos en la física de partículas. En épocas muy recientes, se ha comenzado a investigar de qué manera podríamos usar estos efectos para nuestro favor por medio de la invención de tecnología, como lo son las computadoras cuánticas y los teletransportadores. En este artículo se abarcarán 3 principales efectos mecano-cuánticos con aplicaciones teóricas o practicas a la tecnología: la superposición, el entrelazamiento, y el efecto túnel.

La superposición 

Comenzando con la superposición. Erwin Schrodinger, un físico austriaco, recibió en 1933 el premio Nobel por haber descrito matemáticamente la función de onda, es decir, los resultados del experimento de la doble rendija de Thomas Young en 1801. Esta ecuación describe cómo es que las partículas subatómicas se encuentran en todos lados a la vez hasta que se les fuerza a definir una posición por medio de la acción de medir el sistema; en otras palabras, describió los electrones alrededor del núcleo de un átomo como ondas probabilísticas en las que se encuentran en una posición indefinida hasta que se realiza una medición al sistema. Albert Einstein, un defensor de la física clásica, se negó a creer la naturaleza probabilística de las partículas, e ideó un experimento mental para mostrar lo ridícula que era la teoría de Schrodinger: la paradoja del gato de Schrodinger. Esta paradoja dice que si colocas a un gato dentro de una caja, junto con un dispositivo que libere veneno si la partícula está en la parte superior de la caja, y que no libere nada si está en la parte inferior; el resultado sería que el gato estaría vivo y muerto al mismo tiempo debido a que la superposición dice que la partícula estaría abajo Y arriba. Actualmente, este fenómeno se está aprovechando para la creación de las computadoras cuánticas, las cuales son sistemas computacionales que trabajan con partículas (Qubits) en vez de con códigos binarios (Bits); estas computadoras, una vez creadas, podrán realizar cálculos matemáticos increíblemente rápido, debido a que gracias a su naturaleza superposicional, pueden hacer prueba y error de un problema complejo corriendo todas las posibles respuestas a la vez, y dejando como resultado aquella que tenga una mayor probabilidad de ser la respuesta. 

El entrelazamiento cuántico

El entrelazamiento cuántico es un fenómeno que ha causado múltiples controversias desde su teorización en 1935 por Einstein, Podolsky, y Rosen (EPR). Esto se debe a que el entrelazamiento cuántico describe la comunicación instantánea entre dos partículas sin ningún medio de conexión entre ellas; un ejemplo para clarificar esto lo podemos ver con un sistema de dos monedas, en la cual las reglas dicen que solamente una moneda puede mostrar cara, por lo que por eliminación, estas reglas fuerzan a la otra moneda a ser cruz; estas monedas, sin importar cuanto las separes, seguirán manteniendo este vínculo de conexión gracias a las reglas de la mecánica cuántica; en las partículas funciona de la misma manera pero con propiedades como el spin. La razón por la que causó controversias es por que violaba la teoría de la relatividad especial de Einstein, pues teóricamente esa comunicación cuántica sobrepasaría la velocidad de la luz; actualmente sabemos que este principio de la física no es violado, si no que es un error humano el no poder medir con precisión esta comunicación, debido a que nosotros y nuestra tecnología obedecen las reglas de la relatividad. Este fenómeno es uno de los más probados para la creación de tecnología, en 2020, “científicos de la universidad de Ciencia y Tecnología en China rompieron el récord de un entrelazamiento cuántico, haciendo posible la conexión entre dos partículas separadas por 50 km de distancia” (Dionis, 2020); asimismo, sabemos que podemos aplicar este fenómeno a las computadoras cuánticas, haciéndolas inhackeables, pues como dije anteriormente, una medición a un sistema cuántico afecta directamente los resultados. 

El efecto túnel

Por último, el efecto túnel. Este fenómeno se deriva de las propiedades probabilísticas de las partículas, pues aunque es poca, hay cierta probabilidad que las partículas se encuentren del otro lado una vez que se les pone una barrera energética. Es decir, este efecto es como un shortcut energético que les permite a las partículas no requerir de tanta energía para atravesar una barrera. Al comienzo de este artículo, mencioné que el sol no podría brillar sin la mecánica cuántica, pues es gracias a este efecto que el sol brilla; en la fusión nuclear que se lleva a cabo en el núcleo del sol para producir energía, gracias a estos atajos, es posible alcanzar el nivel energético para fusionar dos núcleos. Las aplicaciones prácticas de este efecto aún no son completamente exploradas, sin embargo, gracias a este efecto, la teletransportación a nivel cuántico es posible, probablemente algún día podamos ingeniárnosla para aplicarlo a un teletransportador. 

El futuro cuántico

En conclusión, gracias a los principios de la mecánica cuántica el mundo es como lo conocemos, y mientras la ciencia avanza, podemos entender más acerca de la naturaleza del mundo que nos rodea, y así, poder aprovechar estos fenómenos en la creación de tecnología revolucionaria. Actualmente la tecnología cuántica más prometedora y que ha tenido buenos resultados teóricos y algunos prácticos, es la computación cuántica; siendo estas computadoras teóricamente capaces de transportar información de punto A a punto B a velocidad luz usando el entrelazamiento cuántico, y de obtener cálculos matemáticos que tomarían décadas resolver en una computadora normal, trayendo así aplicaciones de investigación, y de transporte de comunicación militar y médica al ser un sistema inhackeable. 

Referencias

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Caramelosblog. (2015, August 31). Entrelazamiento cuántico, así funciona. Hipertextual. https://hipertextual.com/2015/09/entrelazamiento-cuantico. 

Dionis, M. (2020). Nuevo récord de entrelazamiento de memorias cuánticas. Retrieved 2021, from https://www.agenciasinc.es/Noticias/Nuevo-record-de-entrelazamiento-de-memorias-cuanticas#:~:text=Investigadores%20de%20la%20Universidad%20de,anterior%20de%201%2C3%20kil%C3%B3metros.

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