Fisica cuantica para tontos

Física para dummies

Cada partícula, átomo y molécula [fotones, electrones o átomos enteros] se comporta de acuerdo con las leyes de la mecánica cuántica, como todo. Sin embargo, esto sólo adquiere importancia cuando se analiza a escala atómica, subatómica y molecular. La mecánica cuántica intenta utilizar la física de las cosas a nivel atómico para crear efectos en el mundo macroscópico, que es nuestro mundo.

La superposición es un sistema que tiene dos estados diferentes que pueden definirlo y es posible que exista en ambos. Por ejemplo, en términos físicos, un electrón tiene dos estados cuánticos posibles: espín arriba y espín abajo. Cuando un electrón está en superposición, está arriba y abajo a la vez: es una combinación compleja de ambos. Sólo cuando se mide sale de la superposición y adopta una posición u otra. Si se construyen algoritmos de la forma adecuada, es posible aprovechar eficazmente el poder de esa superposición.

Un qubit es un bit cuántico que constituye la unidad básica de información en un ordenador cuántico. Tiene algo -una partícula o un electrón, por ejemplo- que adopta dos estados posibles y, mientras está en superposición, el ordenador cuántico y algoritmos especialmente construidos aprovechan la potencia de ambos estados.

La gravedad, un curso de geometría

Funciones de onda del electrón en un átomo de hidrógeno a diferentes niveles de energía. La mecánica cuántica no puede predecir la ubicación exacta de una partícula en el espacio, sólo la probabilidad de encontrarla en diferentes ubicaciones.[1] Las zonas más brillantes representan una mayor probabilidad de encontrar el electrón.

La mecánica cuántica es una teoría fundamental de la física que proporciona una descripción de las propiedades físicas de la naturaleza a escala de átomos y partículas subatómicas[2]:  1.1 Es la base de toda la física cuántica, incluida la química cuántica, la teoría cuántica de campos, la tecnología cuántica y la ciencia cuántica de la información.

La física clásica, el conjunto de teorías que existían antes de la aparición de la mecánica cuántica, describe muchos aspectos de la naturaleza a escala ordinaria (macroscópica), pero no es suficiente para describirlos a escalas pequeñas (atómica y subatómica). La mayoría de las teorías de la física clásica pueden derivarse de la mecánica cuántica como una aproximación válida a gran escala (macroscópica)[3].

La mecánica cuántica difiere de la física clásica en que la energía, el momento, el momento angular y otras magnitudes de un sistema ligado están restringidas a valores discretos (cuantización); los objetos tienen características tanto de partículas como de ondas (dualidad onda-partícula); y existen límites a la precisión con la que puede predecirse el valor de una magnitud física antes de su medición, dado un conjunto completo de condiciones iniciales (principio de incertidumbre).

Radioaficionados para dummies

Es posible que algún día los ordenadores cuánticos encuentren rápidamente soluciones a problemas que ningún ordenador normal podría llegar a resolver, pero hay muy pocos programadores cuánticos en comparación con el número de programadores convencionales que hay en el mundo. Ahora, una nueva guía para principiantes pretende guiar a los aspirantes a programadores cuánticos a través de la implementación de algoritmos cuánticos en la nube en los ordenadores cuánticos de IBM disponibles al público.

Mientras que los ordenadores clásicos encienden o apagan los transistores para simbolizar los datos como unos o ceros, los ordenadores cuánticos utilizan bits cuánticos, o "qubits", que debido a la peculiar naturaleza de la física cuántica pueden existir en un estado llamado superposición en el que son 1 y 0 al mismo tiempo. Esto permite a cada qubit realizar dos cálculos a la vez. Cuantos más qubits estén enlazados o entrelazados (véase nuestra explicación) dentro de un ordenador cuántico, mayor será su capacidad de cálculo, de forma exponencial.

En la actualidad, los ordenadores cuánticos son plataformas cuánticas de escala intermedia ruidosa (NISQ), lo que significa que su número de qubits es de unos pocos cientos como máximo y que, además, están plagados de errores. Aun así, se espera que los procesadores cuánticos crezcan en número y calidad de qubits, con el objetivo de lograr una ventaja cuántica que les permita encontrar respuestas a problemas que ningún ordenador clásico podría resolver jamás.

Comentarios

Aunque muchos experimentos cuánticos examinan objetos muy pequeños, como electrones y fotones, los fenómenos cuánticos nos rodean y actúan a todas las escalas. Sin embargo, es posible que no podamos detectarlos fácilmente en objetos más grandes. Esto puede dar la impresión errónea de que los fenómenos cuánticos son extraños o de otro mundo. De hecho, la ciencia cuántica colma lagunas en nuestro conocimiento de la física para ofrecernos una imagen más completa de nuestra vida cotidiana. Los descubrimientos cuánticos se han incorporado a nuestra comprensión fundacional de los materiales, la química, la biología y la astronomía. Estos descubrimientos son un valioso recurso para la innovación, dando lugar a dispositivos como el láser y los transistores, y permitiendo avances reales en tecnologías antes consideradas puramente especulativas, como los ordenadores cuánticos. Los físicos están explorando el potencial de la ciencia cuántica para transformar nuestra visión de la gravedad y su conexión con el espacio y el tiempo. La ciencia cuántica puede incluso revelar cómo todo en el universo (o en múltiples universos) está conectado con todo lo demás a través de dimensiones superiores que nuestros sentidos no pueden comprender.