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FÍSICA CUÁNTICA: QUÉ ES, PRINCIPIOS, LEYES Y SUS APLICACIONES PRÁCTICAS

Casi medio siglo después del inicio de la era digital, podríamos estar ante una nueva era, la era cuántica, que supondría el reto de una tecnología todos los niveles y en proporciones inimaginables hoy día. 

El desarrollo de estas tecnologías cuánticas y sus aplicaciones a nivel usuario y en la industria ya ha lanzado a los países desarrollados a una carrera en pos de lograr ser los primeros en conseguirlo. 




 ¿Qué es la física cuántica? 

 

La física cuántica hace referencia al mundo de lo microscópicoPero sus leyes, no son las mismas que rigen la física clásica. Estas, son leyes más sutilesmás peculiares. 


Si las leyes de la física grande, la clásica, se empezó a entender más claramente desde Newton, las de la teoría física conocida como Mecánica Cuánticase empezaron a comprender en los albores del siglo XX, momento en el que se llevan a cabo las primeras aplicaciones prácticas. 


No obstante, es iniciado el siglo XXI cuando se han logrado comprender a fondo, a controlar la materia a nivel atómico, por lo que es ahora cuando se han empezado a explotar, a aprovechar. Por ello, se dice que ahora estamos en la que se ha dado en llamar “la segunda revolución cuántica”. 


Este vuelco se percibe sobre todo cuando con la observación, la medición y la comprensión de la mecánica cuántica se empieza a cuestionar si lo que percibe el cerebro humano es real o sólo una percepción parcial.  


Es decir, si hay separación entre el mundo exterior y la mente humanaporque cuando se aplican las escalas nanométricas las reglas que rigen nuestro mundo parecen no aplicarse de la misma manera, la “realidad” humana pierde su sentido.  


A nivel cuántico, un proceso bastante complejo, suceden “cosas extrañas” que nada tienen que ver con los “hechos objetivos” de la mente humana. Aquí, la realidad depende de quien la mire porque al entrelazarse las partículas y cambiar el mismo mensaje se transforma al pasar de una persona a otra (aunque pueden coexistir entre ellos). 




De este modo, al contrario de lo que sucede en la ciencia clásica, en la cuántica, a un nivel profundo, los hechos no son universales. Por ello, hay una escala por encima de la cual la mecánica cuántica ya no se aplica, puesto que los que se miden aquí son muy pequeños. 


En este mundo de lo muy pequeño o subatómico (protones, electrones, fotones, etc), el comportamiento de la naturaleza desafía tanto a la física clásica como a la percepción humana. Y así, se pueden producir fenómenos tan desconcertantes como por ejemplo que un mismo ente microscópico se encuentre en varias posiciones al mismo tiempo (superposición de estados) o atraviese obstáculos imposibles para un objeto macroscópico (efecto túnel),también que dos partículas tan separadas como se desee pueden estar correlacionadas de manera que, si interaccionamos con una, la otra también cambia instantáneamente (entrelazamiento cuántico). 


No obstante, a los expertos de este área no les cabe ninguna duda de que la mecánica cuántica está detrás, y por tanto podría explicar, muchos procesos vitales (fotosíntesis, respiración, genética, olfato, etc). Por tanto, si se logran entender estos mecanismos se podrán diseñar potentes ordenadores cuánticos para prevenir y curar enfermedades mediante nuevas terapias cada vez más sofisticadas y mejorar nuestra calidad de vida a nivel energético y tecnológico. 


Aplicaciones prácticas 

 

La mecánica cuántica ya se aplica hoy día con total normalidad en algunos campos como el de las comunicaciones, los láseres, la fibra óptica, en resonancia nuclear magnética, en los sistemas GPS, en la informática donde todos los chips están basados en principios cuánticos..... 


Sin embargo, la “nueva era” de la revolución cuántica en este siglo XXI viene marcada por el surgimiento de tecnologías cuánticasrevolucionarias con aplicaciones tanto en las diversas industrias (química, bioquímica, medicina, etc) como en el ámbito de la vida cotidiana. 




Se esperan, pues, muchos y muy importantes avances, ya en marcha algunos, a partir de ahora con el desarrollo de la ciencia de la información cuántica. Esa forma especial de procesar la información en átomos y moléculas (y no en chips de ordenador como hoy día) al calcular con potentes algoritmos. 


Para ello, es fundamental el progreso en la computación cuánticaes decir, crear ordenadores que trabajen directamente con leyes cuánticas. 


De esta forma, en medicina por ejemplo, se podrán diseñar medicamentos a la carta y acabar con las enfermedades neurológicas y los cánceres. También, con el reconocimiento de imágenes (que ya se hace) ,se podrá determinar si una persona sufre o va a sufrir alguna enfermedad.  


Se podrán optimizar rutas de tráfico para ahorrar combustible y en el ámbito de la defensa se podrán llevar a cabo comunicaciones e incluso detección de aeronaves intrusas. 


La inteligencia artificial será indistinguible de la de un ser humanoe incluso, se podrán  conocer con alta precisión procesos químicos para su aplicación en energía y agricultura sostenible. 


Se impondrá la comunicación segura por medio de la criptografía cuántica y, así mismo, se progresará con los sensores cuánticos para medir con muchmás precisión al igual que en la simulacióncon ello, se podrán mejorar exponencialmente las predicciones meteorológicaspredecir catástrofes naturales o adelantar crisis financieras. 




Carrera cuántica 


En estos momentos, hay una gran pugna geopolítica por el dominio de la computación y las comunicaciones cuánticassobre todo por parte de China (con una inversión aproximada de 10.000 millones de dólares), Estados Unidos (con una inversión aproximada de 1.300 millones) y Europa (con una inversión aproximada de 1.200 millones), aunque esta última está claramente a la zaga.  


En esta carrera, que tiene muchas facetas dentro del campo de la tecnología, se podría decir que Estados Unidos está a la cabeza de la computación cuántica y China en el de las comunicaciones cuánticas.  


De hecho, el país asiático anunció en 2016 que había lanzado el primer satélite de comunicaciones cuántico (Micius). Uaño despuéscon ese mismo satélite, dijo haber podido establecercomunicaciones encriptadas entre puntos distantes imposibles de descifrar por personas ajenas. 


Aunque esto fue sólo una prueba experimental, y no se ha llegado a la viabilidad comercial, lograron demostrar que es posible hacerlo.  


A ese mismo nivel experimental están también en estos momentos las computadoras cuánticas, aunque varias compañías en diversopaíses están intentando desarrollarlasEn Estados Unidos, empresas como IBM, Google y Microsoft, y en China otras tantas con la participación de empresas privadas como Alibaba y Baidu.  


Son varios los problemas para la construcción de estas computadoras cuánticas a nivel comercial. Por un lado, está el elevado número de bits cuánticos (gubits) que necesita alcanzar un sólo ordenador.


Por otro, el mantenimiento, ya que estos ordenadores requieren mantenerse en frío extremo para operar, algo que se está intentando vencer. 


En otro orden de cosas, se ha empezado ya a plantear que el mundo cuántico que viene se prevé tan poderoso que de él también subyacerán numerosos problemas éticosEl primer gran reto al que se podría enfrentar es el de la trazabilidad de los programasEs decir, saber quién los ha hecho, con qué criterios así como entender quién y qué está detrás de la capacidad de decisión de las máquinas. 

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