¿Qué es y cómo se aplica la física cuántica?
La física cuántica, es sin duda una de las teorías científicas más interesantes. Ha traído consigo una mayor capacidad de cambios de la historia. Desde que se formuló a comienzos del siglo XX, ha revolucionado nuestra comprensión del mundo microscópico.
Sin embargo, sus postulados resultan extremadamente contraintuitivos y alejados de la experiencia diaria en la escala humana. El comportamiento de la materia y la energía en el mundo cuántico, parece regirse por leyes propias. Son muy distintas a las leyes de la física clásica, que gobiernan el movimiento de objetos macroscópicos.
Conceptos fundamentales
Para entender qué es la física cuántica, primero debemos asimilar algunos de sus conceptos y principios esenciales que supusieron una ruptura radical con las nociones científicas previas. Uno de los pilares de esta nueva física, es la dualidad onda-corpúsculo.
Las partículas subatómicas, como los electrones, pueden comportarse tanto como partículas discretas o como ondas, en función del experimento realizado. Esto explica efectos antes desconocidos como la difracción de electrones. Otro de los principios cuánticos cruciales es la incertidumbre o indeterminación propuesta por Heisenberg.
Resulta imposible medir con total precisión, de forma simultánea, propiedades complementarias de una partícula como su posición y cantidad de movimiento. Cuanto más exactamente conozcamos una de esas propiedades, más imprecisa será la medida de la otra.
Finalmente, el entrelazamiento cuántico implica que dos partículas pueden quedar ligadas de forma que sus estados cuánticos respectivos se condicionan instantáneamente. Incluso cuando se encuentran separadas por grandes distancias. Este fenómeno se emplea actualmente, para posibilitar avances como la computación o la criptografía cuántica.
Aplicaciones de la física cuántica
Transistores y circuitos integrados
Uno de los campos donde se aplicaron primero los avances de la física cuántica, fue en el desarrollo de dispositivos electrónicos semiconductoras. Como los transistores y los circuitos integrados que forman la base de toda la electrónica digital actual.
Estos dispositivos aprovechan las peculiaridades del comportamiento de los electrones en materiales como el silicio, para implementar las operaciones lógicas binarias que posibilitan el procesamiento digital de información. Sin la comprensión de la mecánica cuántica no se hubiera producido la revolución de la microelectrónica.
Láseres
El funcionamiento de los láseres, indispensables hoy en múltiples campos, también se explica gracias a la cuántica. La emisión de luz láser, proviene de la transición electrónica entre niveles de energía cuantizados de los átomos que componen el medio amplificador. Al bombear energía al sistema se produce una inversión de población que lleva a la emisión de fotones coherentes.
Imagen médica por resonancia magnética
La resonancia magnética nuclear, permite obtener imágenes no invasivas del interior del cuerpo humano. Se fundamenta igualmente en las transiciones energéticas de los núcleos atómicos, al ser perturbados por ondas de radiofrecuencia en presencia de intensos campos magnéticos. Los distintos tejidos se distinguen en las imágenes de resonancia, en función de las diferencias cuánticas en la interacción de sus núcleos atómicos.
Futuro prometedor
Cúbits y computación cuántica
Uno de los campos más activos actualmente, es la investigación en computación cuántica. Se trata de desarrollar ordenadores, capaces de operar sobre bits cuánticos o cúbits. Estos aprovecharían los fenómenos explicados por la física cuántica, para lograr unas capacidades de procesamiento de información mucho mayores que las de los ordenadores digitales convencionales.
Los expertos confían en que, si se superan satisfactoriamente los enormes retos que existen todavía, la computación cuántica pueda tener en el futuro un impacto comparable e incluso superior, al de la revolución digital clásica.
Nuevos horizontes
La física cuántica ha demostrado en el último siglo una enorme capacidad para transformar nuestra sociedad. Gracias, sobre todo, a sus peculiares e insospechadas predicciones sobre el comportamiento de la materia y la energía en la nano escala.
Es muy probable que todavía nos depare muchas otras sorpresas y aplicaciones insospechadas en las próximas décadas. Su extraño e insondable mundo aún esconde horizontes nuevos por explorar.