QUIMICA INORGANICA 1BQ Actividad 1.1 Resumen Introducción Hace cien años, un físico llamado Max Plank hizo un descubrimiento que ha marcado la historia de este siglo. Sus ideas dieron lugar a una teoría, que hoy en día llamamos mecánica cuántica, y que es la base de muchos de los desarrollos tecnológicos que se han producido en este siglo. Así, el funcionamiento de los láseres, los semiconductores (con los que se construyen equipos informáticos), los reactores nucleares, etc., está basado en la mecánica cuántica. Física Clásica Se denomina física clásica a la física basada en los principios previos a la aparición de la mecánica cuántica. Incluye el estudio de la mecánica, la termodinámica, el electromagnetismo, la óptica, la acústica, la dinámica de fluidos, entre otras. La física clásica se considera determinista (aunque no necesariamente computable o computacionalmente predecible), en el sentido de que el estado de un sistema cerrado en el futuro depende exclusivamente del estado del sistema en el momento actual. Niels Bohr Niels Bohr nacido el 7 de octubre de 1885 fue un físico danés que ayudó a descubrir la física cuántica, la estructura del átomo y la bomba atómica. Bohr recibió el Premio Nobel en 1922 por, en resumen, descubrir la cuantificación de los niveles de energía atómica. El modelo atómico es considerado uno de sus más grandes aportes, después de obtener su doctorado, Bohr continuó su investigación en la Universidad de Manchester, estudiando con Ernest Rutherford. Allí, se centró en la física cuántica, un nuevo tipo de física de partículas pequeñas en ese momento. Mostraron que pequeñas partículas llamadas electrones eran negativas y orbitaban alrededor del centro del átomo. Erwin Schrödinger Erwin Rudolf Josef Alexander Schrödinger fue un físico austríaco, nacionalizado irlandés, que realizó importantes contribuciones en los campos de la mecánica cuántica y la termodinámica. Recibió el Premio Nobel de Física en 1933 por haber desarrollado la ecuación de Schrödinger, compartido con Paul Dirac. Tras mantener una larga correspondencia con Albert Einstein propuso el experimento mental del gato de Schrödinger que mostraba las paradojas e interrogantes a los que abocaba la física cuántica. Gato de Schrödinger El gato de Schrödinger es un experimento mental, a veces descrito como una paradoja, ideado por el físico austriaco-irlandés Erwin Schrödinger en 1935, durante el curso de discusiones con Albert Einstein, ilustra lo que él vio como el problema de la interpretación de Copenhague de la mecánica cuántica. El escenario presenta un gato hipotético que puede estar simultáneamente vivo y muerto, un estado conocido como superposición cuántica, como resultado de estar vinculado a un evento subatómico aleatorio que puede ocurrir o no. Superposición Cuántica La superposición cuántica es un principio fundamental de la mecánica cuántica que sostiene que un sistema físico tal como un electrón, existe en parte en todos sus teóricamente posibles estados (o la configuración de sus propiedades) de forma simultánea, pero, cuando se mide, da un resultado que corresponde a solo una de las posibles configuraciones (como se describe en la interpretación de la mecánica cuántica). Más específicamente, en mecánica cuántica, cualquier cantidad observable corresponde a un auto vector de un operador lineal hermítico. Experimento de Danken Un experimento mental es un recurso de la imaginación empleado para investigar la naturaleza de las cosas. En su sentido más amplio es el empleo de un escenario hipotético que nos ayude a comprender cierto razonamiento o algún aspecto de la realidad. Existe una gran variedad de experimentos mentales y se utilizan en campos tan variados como la filosofía, el derecho, la física y la matemática. Sin embargo, todos emplean una metodología racional independiente de consideraciones empíricas, en el sentido de que no se procede por observación o experimentación física (otra forma de realizar la misma distinción sería entre lo a priori y lo a posteriori). En física, el siglo XVII fue testigo de experimentos mentales brillantes por parte de Galileo, Descartes, Newton y Leibniz. La creación de la mecánica cuántica y la relatividad son casi impensables sin el papel crucial jugado por los experimentos mentales. Dos ejemplos famosos de experimentos mentales en física son el demonio de Maxwell y el gato de Schrödinger. Una Nueva Computación Según la mecánica cuántica, las propiedades de los objetos no tienen por qué estar bien definidas mientras no los observamos. En cualquier caso, hace ya tiempo se verificó experimentalmente esta extraña propiedad de la mecánica cuántica. Desde hace unos pocos años se ha visto que las superposiciones cuánticas pueden dar lugar a una nueva revolución dentro del mundo de la comunicación y de la computación. En particular, pueden ser utilizados para el intercambio de mensajes secretos (criptografía cuántica) o para crear algoritmos matemáticos que permitirían resolver problemas que, hoy por hoy, parecen irresolubles (computación cuántica). La Factorización La mecánica cuántica permite hacer esto mismo con otros problemas para los cuales sólo existen métodos lentos para resolverlos. Un ejemplo es el problema de la factorización, en donde el objetivo es, dado un número, encontrar otros dos tal que si los multiplicamos obtengamos dicho número. Con los ordenadores actuales es fácil factorizar un número de un par de cifras, pero es imposible construir un ordenador tan rápido que pueda factorizar uno de mil cifras. Con un computador cuántico, el esfuerzo en factorizar tal número con muchas o pocas cifras sería comparable. Si los ordenadores cuánticos son tan interesantes, ¿por qué no se ha construido ninguno todavía? El problema está en que las superposiciones cuánticas son extremadamente frágiles ya que cualquier agente externo actúa como un observador, y hace que sus propiedades queden determinadas Sobre “inputs” y “outputs” En definitiva, la mecánica cuántica, además de darnos una nueva visión sobre la Naturaleza, permite obtener efectos que pueden ser aprovechados en los campos de la comunicación y de la computación. En particular, el hecho de que un computador pueda aceptar “inputs”, producir “outputs” y manejar superposiciones de estados, puede ser utilizado para resolver problemas de una manera más eficiente. La puesta en práctica de estas ideas es, sin embargo, demasiado complicada. Los primeros experimentos sobre computación cuántica están teniendo lugar. Sin embargo, todavía es muy pronto para saber si algún día tendremos ordenadores cuánticos. Lo que sí está claro es que, si somos capaces de construirlos, podremos realizar tareas que nunca podríamos realizar con ordenadores clásicos.
