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(UTM) Mecánica Cuántica En El Desarrollo Tecnológico 1 1 La influencia de la mecánica cuántica en el desarrollo tecnológico y su aporte al establecimiento de nuevas medidas de información. UNIVERSIDAD TÉCNICA DE MANABÍ FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÀTICAS, FÍSICAS Y QUÍMICAS Docente: Palma Villavicencio Bryan Fernando Autores: Espinoza Toro Angie Thalia, Garcia Ruiz Newton Jair, Garrido Lara Jonathan Rodrigo, Giler Cevallos Angel Patricio, Guzman Mora Jampier Josimar. Resumen: El surgimiento de tecnologías cuánticas con aplicaciones en distintas industrias e impactos en la vida cotidiana está dando inicio a una nueva era. ¿Cómo se cruzan con otras tecnologías digitales y cómo impactan a diferentes sectores productivos? ¿Estamos a tiempo en la región para aprovechar las oportunidades de innovación que traen consigo? Y qué decir de la teoría general de la relatividad, que explicaba la gravedad a costa de convertir el espacio –mejor dicho, el cuatridimensional espacio-tiempo– en curvo y con una geometría variable. Inmediatamente se comprobó que con la nueva teoría einsteiniana era posible comprender mejor que con la gravitación universal newtoniana los fenómenos perceptibles en el Sistema Solar (se resolvió, por ejemplo, una centenaria anomalía en el movimiento del perihelio de Mercurio). Palabra clave: Tecnología, física cuántica, innovar. (UTM) Mecánica Cuántica En El Desarrollo Tecnológico 2 2 Summary: The emergence of quantum technologies with applications in different industries and impacts on everyday life is ushering in a new era. How do they intersect with other digital technologies and how do they impact different productive sectors? Are we in time in the region to take advantage of the innovation opportunities that they bring with them? And what about the general theory of relativity, which explained gravity at the cost of converting space - or rather, the fourth-dimensional space-time - curved and with variable geometry. It was immediately verified that with the new Einsteinian theory it was possible to understand better than with Newtonian universal gravitation the perceptible phenomena in the Solar System (a centuries-old anomaly in the perihelion movement of Mercury was solved, for example). Keyword: Technology, quantum physics, innovate. (UTM) Mecánica Cuántica En El Desarrollo Tecnológico 3 3 Introducción La mecánica cuántica es la ciencia que estudia las características y el comportamiento de las partículas atómicas y subatómicas, también es uno de los más grandes avances del siglo veinte para el conocimiento humano, que explica el comportamiento de la materia y de la energía. Su aplicación ha hecho posible el descubrimiento y desarrollo de muchas tecnologías. El surgimiento de tecnologías cuánticas con aplicaciones en distintas industrias e impactos en la vida cotidiana está dando inicio a una nueva era. Por un lado, la computación cuántica se presenta como una gran amenaza para la ciberseguridad actual, pues los computadores cuánticos serán capaces de romper toda la criptografía que protege las comunicaciones en Internet o en telefonía, por otro lado, tienen potencial para acelerar el desarrollo de la inteligencia artificial o la robótica, mediante la introducción de algoritmos cuánticos para la resolución de problemas que son muy difíciles de tratar con los algoritmos clásicos y las técnicas actuales. Es posible identificar al menos siete tecnologías cuánticas emergentes que prometen un gran impacto en la sociedad: la computación cuántica, la simulación cuántica, la criptografía cuántica, la óptica cuántica, la metrología cuántica, los relojes atómicos y los sensores cuánticos. Este artículo tiene como finalidad conocer sobre la influencia de la mecánica cuántica en el desarrollo tecnológico y su aporte al establecimiento de nuevas medidas de información. (UTM) Mecánica Cuántica En El Desarrollo Tecnológico 4 4 Material y métodos La computación cuántica es un paradigma de computación distinto al de la computación clásica. Se basa en el uso de qubits en lugar de bits, y da lugar a nuevas puertas lógicas que hacen posibles nuevos algoritmos. Una misma tarea puede tener diferente complejidad en computación clásica y en computación cuántica, lo que ha dado lugar a una gran expectación, ya que algunos problemas intratables pasan a ser tratables. Mientras un computador clásico equivale a una máquina de Turing, un computador cuántico equivale a una máquina de Turing cuántica. En la computación digital un bit sólo puede tomar dos valores: 0 ó 1. En cambio, en la computación cuántica, intervienen las leyes de la mecánica cuántica, y la partícula, el qubit, puede estar en superposición coherente: puede ser 0, puede ser 1 y puede ser 0 y 1 a la vez (dos estados ortogonales de una partícula subatómica). Eso permite que se puedan realizar varias operaciones simultáneamente, según el número de qubits. (Bonillo, 2013) La computación cuántica es una vertiente de la computación que hace uso de fenómenos de la mecánica cuántica tales como átomos, superposición, amplitudes de probabilidad o entrelazamiento cuántico. Dichas teorías comenzaron a tomar forma a principios del siglo XX con unas primeras aproximaciones de Planck, Bohr, Einstein o Broglie. No obstante, no fue hasta la década de los años 20 cuando un grupo de físicos y matemáticos trabajaron de forma conjunta para unificar todas las diferentes visiones y formalizar una serie de postulados que amoldaron la nueva teoría cuántica (Ruiz, 2019). (UTM) Mecánica Cuántica En El Desarrollo Tecnológico 5 5 Sistemas físicos de la computación cuántica Los qubits, al igual que los bits, son una representación abstracta de fenómenos físicos que tienen lugar en circuitos electrónicos. Los estados pueden ser manipulados cuánticamente aplicando diversas técnicas y estímulos superpuestos e interconectados a lo largo de varias etapas. Para que dichos sistemas sean válidos, inicialmente los qubits deben estar totalmente controlados y estables el tiempo suficientemente para que puedan ser leídos, escritos y, por tanto, manipulados. En segundo lugar, los sistemas deben ser capaces de ejecutar cualquier tipo de algoritmos cuánticos. La tercera etapa consiste en corregir los errores mediante la lectura de los síndromes de error. (Ruiz, 2019) Información cuántica Actualmente nuestras vidas están atravesadas por la información. Desde que nos conectamos a Internet cada mañana para revisar las noticias de cualquier parte del mundo, hasta que buscamos una receta en un cajón de la cocina o recibimos llamadas en nuestra celular a toda hora, enormes cantidades de información se almacenan y transmiten en todo momento y lugar. Si bien la información siempre estuvo presente en la historia humana (ya sea inscripta en la Piedra de Rosetta, en la primera Biblia impresa por Gutenberg o en una tablilla sumeria), su presencia en nuestros días es abrumadora. Y aunque existen testimonios clásicos, medievales y modernos de filósofos interesados por el concepto de información, sólo recientemente ha sido considerado un concepto filosóficamente relevante, susceptible de un tratamiento sistemático. (Lombardi, 2015) La mecánica cuántica ofrece nuevas formas de procesamiento y transmisión de información. Para llevar a cabo cualquiera de estas aplicaciones, se debe combatir la de coherencia, el ruido que degrada las propiedades cuánticas de todo sistema.(UTM) Mecánica Cuántica En El Desarrollo Tecnológico 6 6 Toda información se almacena y manipula por medio de dispositivos físicos. La teoría cuántica de la información investiga las posibilidades que surgen cuando tales dispositivos se rigen por las leyes de la mecánica cuántica. La superposición y el entrelazamiento, fenómenos cuánticos sin análogo clásico, ofrecen métodos de almacenar, procesar y transmitir la información mucho más eficientes que cualquier protocolo clásico. Tales métodos deben evitar que la información cuántica se filtre al entorno, un proceso conocido como de coherencia. Varias técnicas desarrolladas en los últimos años han conseguido prometedores avances en esta dirección. Esta disciplina ha emergido a partir de la combinación de diferentes aspectos de la física teórica y aplicada con las teorías de la información y de la computación. Se propone analizar qué posibilidades ofrecen las leyes de la mecánica cuántica al procesamiento y la transmisión de información. Gracias a este enfoque, se han encontrado espectaculares aplicaciones, como la criptografía o el teletransporte cuánticos, que desafían nuestra comprensión clásica de la realidad. Nuestra intuición está acostumbrada a razonar según dicta el entorno, donde los efectos cuánticos son imperceptibles y la mecánica clásica, o newtoniana, nos ofrece una descripción satisfactoria de los fenómenos que observamos. Por ejemplo, nadie se ha encontrado nunca delante del famoso gato de Schrödinger, vivo y muerto al mismo tiempo. (Investigacion y Ciencia , 2006) (UTM) Mecánica Cuántica En El Desarrollo Tecnológico 7 7 Sensores cuánticos • Resonancia magnética. El desarrollo de la tecnología cuántica se ha convertido en uno de los campos que ha alcanzado un gran crecimiento actual. [sic, propiedades específicas de sistemas cuántico son exploradas para mejorar el desempeño de numerosas aplicaciones que requieren la transmisión de la información cuántica]. Con la aplicación de la tecnología cuántica para el desarrollo de resonancia magnética se contribuye en el ámbito médico. La resonancia magnética se define con una técnica que se encuentra detrás de numerosas aplicaciones, como las imágenes médicas, la cual ha sido adaptada para trabajar en el régimen de la nano escala, lo que le ha dotado de potencial para tener impacto en diversas disciplinas, como las ciencias de la vida y la biología o la medicina. La toma de imagen por resonancia magnética es una prueba no invasiva que utiliza ondas de radio, un campo magnético y una computadora para producir imágenes detalladas del interior de su cuerpo la resonancia magnética se puede usar para ayudar a diagnostica y monitorear el tratamiento de una variedad de condiciones del pecho y el abdomen. En el caso de estar en estado de gestación también se podría monitorear el bebe. Óptica cuántica. La óptica cuántica es uno de los campos de la física con mucha actividad debido a la cantidad de aplicaciones que tiene. La óptica cuántica usa la cuantización escalar de los campos electromagnéticos, que se basa en el oscilador armónico cuántico, para caracterizar una base de estados fotónicos que se pueden usarse en la computación cuántica. (UTM) Mecánica Cuántica En El Desarrollo Tecnológico 8 8 • Aplicada en la computación La computación cuántica es la materialización de un nuevo esquema de procesamiento de información que se basa en el aprovechamiento de las propiedades cuánticas de los sistemas, por ejemplo, el entrelazamiento cuántico y la superposición de estados. Esto permite que la computación cuántica tenga capacidad superior de procesamiento comparada con la computación clásica. (Giovanni Ramírez García, 2019) Métodos. En la elaboración del presente articulo se emplea el método de análisis descriptivo, el cual consiste en detallar cada uno de los parámetros que fueron planteados previamente, la información obtenida pasa por el proceso de tipeo parafraseó y aplicación de las normas APA para evitar el plagio de autoría. Discusión. • La mecánica cuántica ha tenida un gran impacto en los últimos años y es algo que va a seguir avanzando ya que en los próximos años pasaremos de la era digital a la era cuántica, por esto es importante sobre la influencia de la misma. • La tecnología cuántica ofrece la oportunidad de lograr grandes avances para encontrar soluciones a problemas que afectan la humanidad actualmente y se han vuelto graves amenazas para la supervivencia de la especie humana; por ejemplo, el cambio climático; enfermedades como el alzhéimer. Estas tecnologías prometen soluciones muy alentadoras; pero como siempre es muy lamentable que América Latina y el Caribe este muy rezagadas en la exploración de estos nuevos campos. Debemos buscar nuestra oportunidad en el desarrollo mundial de esta área. (UTM) Mecánica Cuántica En El Desarrollo Tecnológico 9 9 • El contenido del artículo (chequeado a grandes rasgos) apuntaría a probar que la mecánica cuántica pudo haber sido una promesa comenzando el siglo XX pero ahora forma parte de nuestra realidad. Referencia bibliográfica. Bonillo, V. M. (2013). Principios Fundamentales de la Computacion Cuantica. España: Universidad de Coruña. Investigacion y Ciencia . (2006). Procesamiento cuántico de la información. Investigacion y Ciencia . Lombardi, C. L. (2015). Información clásica e información cuántica: ¿dos tipos de información? Argentina: Universidad de Buenos Aires. Ruiz, I. K. (2019). Computación cuántica: Aplicaciones prácticas que la computación clásica no puede solucionar. Madrid: Universidad Carlos III de Madrid. La promesa de una nueva era tecnológica : la era cuántica, documento de trabajo(https://blogs.iadb.org/innovacion/es/impacto-de-las-tecnologias-cuanticas/) 15 de agosto del 2019 Suter and G.A. Álvarez. (2016). Sensores cuánticos en imágenes por resonancia magnética nuclear Cerecedo Núñez y P. Padilla Sosa(2005),Óptica y sus Areas de Aplicación, documento de trabajo. https://blogs.iadb.org/innovacion/es/impacto-de-las-tecnologias-cuanticas/
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