Perla Chávez / Kattya Gutiérrez / Erik Hubbard
En qué consiste esta rama de la ciencia
Nadie la percibe, pocos saben qué es; pero está presente en la vida de todos.
Si estás leyendo esta nota desde un dispositivo móvil, computadora o tablet, ya estás interactuando con ella.
Sí, justo ahí está la cuántica, muy cerca de ti, y en este texto te explicaremos qué es y cómo forma parte de tu día a día.
Tecnologías como las computadoras modernas, GPS, los láseres, teléfonos móviles, compras en línea, se implementaron mediante el dominio y la aplicación de la mecánica cuántica.
Las tecnologías en ciernes como la inteligencia artificial, robótica, automóviles autónomos y telemedicina, también se condicionan por sus principios.
No podríamos concebir la vida cotidiana actual sin la física cuántica.
"Esta rama de la ciencia estudia cómo se comporta la materia y la radiación en escalas diminutas, como átomos y partículas subatómicas. Su descubrimiento se remonta a 1900, cuando científicos encontraron evidencias de que las leyes de la física clásica no podían explicar ciertos fenómenos, como el comportamiento de la luz y la materia a nivel de sus componentes", explicó Rocío Jáuregui Renaud,
Precisó que la gran diferencia entre la física clásica y la física cuántica es que, mientras en la primera creemos poder conocer con certeza infinita la posición y velocidad de un objeto, la cuántica nos dice que hay un límite para ello, además su descripción debe ser probabilística.
La científica refirió que si como seres humanos somos capaces de describir y predecir, entonces contamos con la capacidad de poder controlar, tal como la física cuántica permite hacerlo con cosas como el flujo de electrones en un circuito, hecho que dio origen a la electrónica, y por ende a dispositivos electrónicos con los que convivimos todos los días.
Otro de los usos que se le da a la cuántica, agregó la también integrante de la Junta de Gobierno de la UNAM, es en la tecnología, con la realización de estudios médicos, como las tomografías o resonancias magnéticas.
Estas técnicas importantes de imagenología han salvado muchas vidas, ya que mediante ellas es posible conocer a detalle el estado de salud de los pacientes sin lastimarlos.
Algunas más de las aplicaciones de la física cuántica son la electrónica (como transistores o microprocesadores), tecnología de la información (como la química computacional), otras tecnologías de la imagen (como los microscopios electrónicos) y tecnología de energía (como los reactores nucleares), entre otras.
Otros ejemplos son los siguientes: en el momento en que apagamos y prendemos algún aparato que involucra electrónica, significa que éste se diseñó a partir de fenómenos cuánticos.
"O los teléfonos celulares, que normalmente tienen acceso a internet y están conectados a algún satélite que tiene un tiempo asignado para que la información de cada usuario llegue y se redireccione; la asignación usa relojes atómicos de gran precisión.
Esto permite que no haya traslape entre los tiempos dados a cada uno de los millones de usuarios".
Entonces, detalló, la física cuántica permitió crear desde estados de la luz de la materia interesantes hasta estados que correlacionan luz con materia y nos dan tecnologías nuevas.
"El nacimiento formal de la mecánica cuántica fue hace más de cien años gracias a los trabajos de Werner Heisenberg seguidos de los de Erwin Schrödinger, así como de un grupo de científicos teóricos y experimentales", indicó.
Para Jáuregui Renaud, hubo dos fechas importantes: 1900, que es cuando se dio la detección de luz con propiedades inesperadas, y 1925, cuando Heisenberg, Dirac, Born, jóvenes científicos de entre 23 y 25 años, y Schrödinger, de 39, plantearon la formulación matemática adecuada para describir todo lo que nos rodea como la materia, la radiación o las partículas elementales.
A lo largo del tiempo, agregó, la cuántica ha tenido varias etapas. Primero, su formulación como teoría al reconocer que la naturaleza es cuántica.
Luego, el uso de esta teoría para describir con precisión sistemas atómicos, moléculas y diferentes materiales.
La primera revolución tecnológica cuántica permitió avances como la electrónica, fuentes de luz alternativas como los láseres (1950-1970). A partir de estos años se aprendió a utilizar los semiconductores y láseres para construir dispositivos como computadoras, radios, lectores de información y dispositivos para telecomunicaciones.
En la década de los años 80 y hasta la fecha, se ha gestado la segunda revolución cuántica que usa las particularidades de esta teoría para realizar tareas incompatibles con la física clásica. Entonces nació la información cuántica.
"La importancia es que todas las personas se enteren qué hay detrás de la descripción y función de los objetos que nos rodean y atraer a científicos nuevos que deseen hacer aplicaciones de la cuántica", puntualizó.
De acuerdo con Rocío Jáuregui, las nuevas tecnologías cuánticas no sólo utilizan la naturaleza como es, sino que buscan controlar sus propiedades.
La cuántica, como teoría probabilística, permite manejar información de formas innovadoras.
Por ejemplo, la criptografía cuántica garantiza mensajes seguros al detectar intentos de espionaje.
El cómputo cuántico manipula estados cuánticos para cálculos más eficientes, combinando elementos clásicos y cuánticos.
La investigadora manifestó, por otro lado, que "el cómputo cuántico explota la capacidad de manipular estados cuánticos en la materia para realizar cálculos de manera más eficiente que las computadoras clásicas".
Además, la imagenología cuántica ofrece exploraciones médicas más precisas y menos invasivas. Estas aplicaciones muestran el impacto de la revolución cuántica en seguridad, medicina y procesamiento de información.
Jáuregui Renaud refirió que en la UNAM hay una gran cantidad de científicas y científicos que trabajan con la cuántica, por ende hay un gran compromiso por darle una mayor visibilidad al tema.
"Alfred Barry U’Ren Cortés, , quien señaló que tecnologías como computadoras modernas y teléfonos existen gracias a la mecánica cuántica, facilitando la comunicación, pero también incrementando los gases invernadero.
María Herlinda Montiel Sánchez destacó que la mecánica cuántica está presente en nuestra vida diaria por medio de celulares, telecomunicaciones y materiales magnéticos.
Pablo Barberis Blostein, del Instituto de Investigaciones en Matemáticas Aplicadas y en Sistemas, afirmó que la tecnología cuántica ya es una realidad, con avances en sensado como los relojes atómicos, ejemplos en desarrollo muy activo son la criptografía cuántica y las computadoras cuánticas.
Por su parte, Luis Demetrio Miranda Gutiérrez, director del Instituto de Química, resaltó que la química moderna es impensable sin la mecánica cuántica. "El objeto de estudio de la química es la materia, la cual necesariamente está compuesta por átomos y moléculas.
Hasta que no entendimos su estructura y cómo reaccionan ante otras moléculas no pudo haber avances como la transferencia de electrones", puntualizó.
Aida Huerta Barrientos, secretaria de Posgrado e Investigación de la Facultad de Ingeniería (FI), recalcó que en esa entidad hay dos computadoras cuánticas a las que pueden acceder los estudiantes, y adelantó que ya se prepara una materia sobre cómputo cuántico para las alumnas y los alumnos.
La física cuántica es una de las áreas más prometedoras de la física moderna y puede conducir a avances considerables en el área de la tecnología de la información y la computación cuántica.
El solenoide de muón compacto es uno de los detectores de partículas construidos en el Gran Colisionador de Hadrones (GCH), el acelerador de partículas más grande del mundo, que mide 27 km de circunferencia. Situado cerca de Ginebra, Suiza, el GCH ha contribuido a descifrar algunos de los secretos de la teoría cuántica, como la partícula del bosón de Higgs, prevista inicialmente en 1964, pero detectada recién en 2012.
La teoría cuántica, también conocida como mecánica cuántica, es un área de la física cuyos principales objetos de estudio son los elementos que se encuentran a nivel microscópico.
Átomos, electrones y moléculas son ejemplos de estructuras que habitan el mundo subatómico.
"Se trata del estudio de la naturaleza, los materiales, todo lo que conforma nuestro Universo en la escala más pequeña que podemos identificar, que es la escala atómica molecular", explica el físico Marcelo Knobel,
Según el profesor, la teoría cuántica también puede considerarse la base de toda la física y tiene profundas implicaciones en muchas áreas, desde la tecnología, con las computadoras cuánticas hasta la cosmología, que estudia la formación del Universo.
En la escala cuántica, según Knobel, ocurren diferentes fenómenos en comparación con el funcionamiento de nuestro mundo, que se llama macroscópico, un mundo que es lo suficientemente grande como para ser observado a simple vista.
Un físico intenta contar los átomos en esta esfera de silicio para establecer un estándar para el kilogramo.
¿Cuáles son los principales fenómenos de la física cuántica?Para ejemplificar, el profesor explica que en la física convencional las partículas (que pueden ser ligeras, por ejemplo) se estudian como algo sólido, que tiene un estado, una energía y un movimiento determinado.
En física cuántica, el comportamiento y las magnitudes de estas partículas cambian en función de su interacción con otras partículas, generando lo que se denomina el "principio de incertidumbre de Heisenberg".
"En el mundo cuántico sucede este fenómeno de qué si sabes muy bien la posición de un objeto, por ejemplo, no sabes nada de su velocidad y viceversa. s decir, no es posible conocer simultáneamente ciertos pares de propiedades cuánticas con absoluta precisión", explica.
En otras palabras, en la física cuántica, cuanto más precisamente conocemos una propiedad del objeto de estudio, menos precisamente podemos conocer otra.
Este principio fue formulado por el físico teórico alemán Werner Heisenberg, en 1927.
Otro fenómeno que define los estudios cuánticos es la dualidad onda-partícula. Según Knobel, este concepto describe la naturaleza dual de algunos elementos que pueden comportarse tanto como onda (una perturbación que se propaga en el espacio o en cualquier otro medio) cuanto-partícula.
La luz, por ejemplo, es una de ellas.
Knobel explica que, en algunos fenómenos, la luz se estudia como una onda, como la refracción, la difracción y los colores, en los que cada longitud de onda de luz se ve con un color diferente.
Pero cuando hablamos de luz en forma de fotones (pequeños "paquetes" que la componen), se estudia en partículas sueltas.
Los átomos, electrones y neutrones (las partes más pequeñas de una molécula) también pueden exhibir un comportamiento tanto de partículas como de ondas.
Sin embargo, para definir si una entidad cuántica (átomos, electrones, etcétera) es una onda o una partícula, es necesario observarla. Según Knobel, antes de la observación, la entidad no tiene un estado definido, poseyendo ambas propiedades al mismo tiempo.
Solo midiendo u observando una entidad cuántica es posible obtener información exacta sobre su estado, que también depende de la elección del experimento o dispositivo de medición utilizado.
Esta característica también forma parte del fenómeno de la dualidad onda-partícula, "uno de los fenómenos más curiosos e interesantes de la física cuántica, que no tiene paralelo en el mundo macroscópico", concluye el profesor
NO SE DEBE SER DÉBIL, SI SE QUIERE SER LIBRE
