Descarga la aplicación para disfrutar aún más
Vista previa del material en texto
Tecnología Cuántica e Ingeniería / Quantum Technology and Engineering 1 TECNOLOGÍA CUÁNTICA E INGENIERÍA QUANTUM TECHNOLOGY AND ENGINEERING Matthew Sebastian Tobar López 11, Tatiana Claribel Torres Valencia 2, Alejandro Adalberto Ureta Alay 3, Miguel Ángel Vélez Giler 4, Andrea Valentina Vélez Parrales 5 Resumen 1. Introducción La ingeniería cuántica hace referencia al desarrollo de la tecnología basada en la física cuántica, es decir, en las leyes físicas que describen el mundo a escala microscópica [1]. El marco matemático proporcionado por la teoría de la información cuántica, junto con los avances experimentales en la preparación y manipulación de sistemas de tamaños muy pequeños, ha abierto el camino hacia la llamada segunda revolución cuántica, que anuncia cambios radicales en la tecnología. Mediante material bibliográfico en el presente artículo se tratará acerca de esta rama de la Física Cuántica. Palabras Clave: Ingeniería Cuántica, Física Cuántica, Tecnología Cuántica. Abstract Quantum engineering refers to the development of technology based on quantum physics that is on the physical laws a description of the world at the microscopic scale. The mathematical framework provided by quantum information theory together with experimental advances in the preparation and manipulation of systems of very small sizes, has opened the way to the so-called second quantum revolution, which heralds radical changes in technology. By means of bibliographic material, this article will deal with this branch of Quantum Physics. A principios del siglo pasado el mundo de la física estaba atravesando problemas fundamentales para los cuales las teorías de la época no eran suficiente, problemas tan complejos que condujo a un replanteamiento de las teorías del época, dicha problemática se convirtió en un trabajo intenso por las mentes más reconocidas de la época para desarrollar una teoría que pudiera explicar el comportamiento en microsistemas ya sean átomos, moléculas, cristales, etc. Esta nueva teoría se conoció como Mecánica Cuántica [2]. Entre quienes sentaron las bases para los primeros saltos cuánticos se encuentran los Físicos Max Planck y Albert Einstein. Lo que ahora se conoce como mecánica cuántica la cual actualmente se la define como una teoría fundamental de la física que proporciona una descripción de las propiedades físicas de la naturaleza a escala de átomos y partículas subatómicas. Es la base de toda la física cuántica, incluida la química cuántica, la teoría cuántica de campos, la tecnología cuántica y la ciencia de la información cuántica [3] La mecánica cuántica se entiende a través de la llamada “Interpretación de Conpenhague” que dice: La mecánica cuántica describe el estado instantáneo de un sistema (estado cuántico) con una función de onda que codifica la distribución de probabilidad de todas las propiedades medibles u observables. 1 Asignatura de Dinámica, Facultad de Ciencias Químicas, Físicas y Matemáticas, Universidad Técnica de Manabí – Ecuador. mtobar8044@utm.edu.ec Tecnología Cuántica e Ingeniería / Quantum Technology and Engineering 2 Algunos observables posibles sobre un sistema dado son la energía, posición, momento y momento angular. La mecánica cuántica no asigna valores definidos a los observables, sino que hace predicciones sobre las distribuciones de probabilidad. Las propiedades ondulatorias de la materia son explicadas por la interferencia de las funciones de onda. Estas funciones de onda pueden variar con el trascurso del tiempo [4]. 1.1 Experimentación en la Mecánica Cuántica Uno de los más famosos experimentos es el denominado “Experimento de Doble Rejilla”, este experimento inicialmente introducido en 1801 pero se ha seguido utilizando a tal punto que el físico Richard Feynman mencionó que dicho experimento contiene en sí mismo todo el corazón de la física cuántica. El experimento de la doble rendija pone de manifiesto dos características desconcertantes de ese mundo. La primera es que, a escala micro, los objetos físicos tienen una naturaleza dual: según las circunstancias, pueden comportarse como un conjunto de partículas o como una onda. Y la segunda consiste en que el hecho de observarlos hace que actúen de una manera o de otra La interpretación estándar nos dice que el electrón se lanza y se recoge como una partícula, pero se propaga como una onda. Es decir, que durante su recorrido el electrón está distribuido o superpuesto en toda el área que ocupa su onda, por lo que atraviesa las dos rendijas a la vez e interfiere consigo mismo hasta impactar contra la segunda placa. En ese momento, como consecuencia del impacto, el electrón vuelve adoptar la naturaleza de partícula –en términos más precisos diríamos que colapsa su función de onda– situándose en uno de los múltiples puntos atravesados por la onda. Al comenzar el experimento los electrones se distribuirán por la segunda placa de una forma aparentemente aleatoria, pero al incrementar el número de impactos veremos cómo va formándose el “patrón de interferencia”. Es decir, que la posibilidad de impactar en uno u otro punto está determinada por la onda [5]. Figura 1. Experimento de Doble Rejilla. [6] 1.1.1 El transistor Uno de los experimentos más importantes del siglo XX. La era actual de las comunicaciones y de las información se basa en el transistor. Figura 2. Transistor. [6] 1.1.2 Segunda Revolución Cuántica Las áreas más desarrolladas fueron Metrología Cuántica Sensores Cuánticos Criptografía Cuántica Simulación Cuántica Computación Cuántica Figura 3. Optoelectrónica: Criptografía Cuántica. [6] Apellido Autor et al / Titulo del Articulo 3 Figura 4. Sensores Cuánticos en laboratorios de la NASA [6] 1.1.3 Computación Cuántica Es toda una evolución en el uso de fundamental de ordenadores y la forma en cómo se resuelven problemas a través de ellos. Su tecnología se basa en el uso de Qubits, la comparación que se hace en relación a una computadora cuántica de 30 qubits equivaldría a 10 teraflops (10 millones de millones de operaciones en coma flotante por segundo), la supercomputadora de Summit tiene la capacidada de procesar 200 petaflops. Aunque aun es una tecnología es desarrollo, Google informó en 2018 que están trabajando en un procesador cuántico. Figura 5. Procesador Cuántico de Google “Bristlecone” [6] Aunque todavía están en desarrollo existe una problemática entorno al desarrollo de qubits, la denominada decoherencia, los qubits son sensibles a perturbaciones externas por lo que es difícil mantener interacciones con los mismos. 2. Materiales y Métodos El presente artículo fue desarrollado a través de material bibliográfico. 3. Resultados y Discusión El avance de la tecnología cuántica que es la base de la Ingeniería Cuántica se puede interpretar como la próxima generación y base de la tecnología que en algún momento podría pasar a ser parte no solo de laboratorios de la NASA y demás laboratorios de investigación sino que hacia cualquier puerto de conociminento como ya lo hace la tecnología contemporánea y de alcance común. 4. Conclusiones La mecánica cuántica sin duda ha abierto el camino para explicar las problemáticas del siglo pasado, en la actualidad las nuevas tecnologías cuánticas sin duda formarán parte fundamental del desarrollo global en todas las ramas de la investigación, experimentación y la aplicación de la teoría cuántica y su uso en la ingeniería. Referencias [1] Universidad Politécnica de Catalunya, «Postgrado en Ingeniería Cuántica,» 2021. [En línea]. Available: https://www.talent.upc.edu/esp/estudis/formacio/curs/304400/posgrado- ingenieria-cuantica/. [Último acceso: 24 junio 2021]. [2] L. d. l. Peña, Introducción a la Mecánica Cuántica, Fondo de cultura económica, 2014. [3] Wikipedia, «Mecánica Cuántica,» 16 Junio 2021. [En línea]. Available: https://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_ mechanics. [Último acceso: 24 Junio 2021]. [4] J. Vargas, «Tecnología en la Mecánica 4 Cuántica,» 22 diciembre 2015. [En línea]. Available: https://issuu.com/juanvargas63/docs/tec nologia_en_la_mecanica_cuantica. [Último acceso: 24 Junio 2021]. [5] Ciencia Para Llevar, «El experimento físico más bonito de todos los tiempos,» 12 noviembre 2015. [En línea]. Available: https://blogs.20minutos.es/ciencia-para- llevar-csic/2015/11/12/el-experimento- fisico-mas-hermoso-de-todos-de-los- tiempos-la-doble-rendija/. [Último acceso: 24 junio 2021]. [6] R. Molina, «Tecnologías Cuánticas: Promesas y realidades,» 7 noviembre 2017. [En línea]. Available: https://www.iem.cfmac.csic.es/semanac iencia/semanaciencia17/semanaciencia 2017-molina-cuanticas.pdf. [Último acceso: 24 junio 2021].
Compartir