¿donde se aplica la teoria cuantica?

Futuras aplicaciones de la mecánica cuántica

Funciones de onda del electrón en un átomo de hidrógeno en 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 lugares[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 los átomos y las 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 de la información cuántica.

La física clásica, el conjunto de teorías que existían antes de la llegada de la mecánica cuántica, describe muchos aspectos de la naturaleza a escala ordinaria (macroscópica), pero no es suficiente para describirlos a escalas pequeñas (atómicas y subatómicas). 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 hay límites a la precisión con la que se puede predecir el valor de una magnitud física antes de su medición, dado un conjunto completo de condiciones iniciales (el principio de incertidumbre).

Los principios de la cuántica

El CEO de Intel Corp. Paul Otellini, consejero delegado de Intel, muestra chips en una oblea construida con la llamada tecnología de 22 nanómetros… [+] en el Foro de Desarrolladores de Intel en San Francisco, el martes 22 de septiembre de 2009. Estos chips aún se están desarrollando en las fábricas de Intel y no entrarán en producción hasta 2011. Cada chip de la «oblea» de silicio que Otellini mostró tiene 2.900 millones de transistores. (AP Photo/Paul Sakuma)

En el fondo, toda la industria informática se basa en la mecánica cuántica. La electrónica moderna basada en semiconductores se basa en la estructura de bandas de los objetos sólidos. Esto es fundamentalmente un fenómeno cuántico, que depende de la naturaleza ondulatoria de los electrones, y como entendemos esa naturaleza ondulatoria, podemos manipular las propiedades eléctricas del silicio. La mezcla de una pequeña fracción de otros elementos adecuados cambia la estructura de banda y, por tanto, la conductividad; sabemos exactamente qué añadir y cuánto utilizar gracias a nuestra detallada comprensión de la naturaleza cuántica de la materia.

El apilamiento de capas de silicio dopado con diferentes elementos nos permite fabricar transistores a escala nanométrica. Millones de ellos agrupados en un solo bloque de material forman los chips informáticos que alimentan todos los aparatos tecnológicos que son tan importantes en la vida moderna. Los ordenadores de sobremesa, los portátiles, las tabletas, los teléfonos inteligentes e incluso los pequeños electrodomésticos y los juguetes de los niños funcionan con chips informáticos que no serían posibles de fabricar sin nuestra moderna comprensión de la física cuántica.

Principio de incertidumbre

La física cuántica es una rama de la física moderna en la que la energía y la materia se describen en su nivel más fundamental, el de los cuantos de energía, las partículas elementales y los campos cuánticos. La física cuántica abarca cualquier disciplina relacionada con los sistemas que presentan efectos mecánicos cuánticos notables, en los que las ondas tienen propiedades de partículas y las partículas se comportan como ondas. Las aplicaciones de la mecánica cuántica incluyen la explicación de fenómenos encontrados en la naturaleza, así como el desarrollo de tecnologías que dependen de los efectos cuánticos, como los circuitos integrados y los láseres[nota 1].

La mecánica cuántica también es muy importante para entender cómo los átomos individuales se unen mediante enlaces covalentes para formar moléculas. La aplicación de la mecánica cuántica a la química se conoce como química cuántica. La mecánica cuántica también puede proporcionar una visión cuantitativa de los procesos de enlace iónico y covalente al mostrar explícitamente qué moléculas son energéticamente favorables a otras y las magnitudes de las energías implicadas[1].

Algo profundamente oculto

De hecho, la física cuántica está a nuestro alrededor. El universo, tal y como lo conocemos, se rige por reglas cuánticas y, aunque la física clásica que surge al aplicar la física cuántica a un número enorme de partículas parece muy diferente, hay muchos fenómenos cotidianos que deben su existencia a los efectos cuánticos. He aquí algunos ejemplos de cosas con las que probablemente te encuentres en tu vida cotidiana sin darte cuenta de que son cuánticas:

Las tostadoras: El resplandor rojo de un elemento calefactor mientras se tuesta una rebanada de pan o una rosquilla es una imagen muy familiar para la mayoría de nosotros. También es el lugar donde la física cuántica tuvo sus comienzos: Explicar por qué los objetos calientes brillan de ese color rojo es el problema para el que se inventó la física cuántica.

El color de la luz emitida por un objeto caliente es un ejemplo del tipo de fenómeno simple y universal que es un regalo para los físicos teóricos: no importa de qué esté hecho un objeto, si puede sobrevivir al calentamiento a una temperatura determinada, el espectro de luz que emite es exactamente el mismo que el de cualquier otra sustancia. Este tipo de comportamiento universal atrajo a muchos físicos brillantes a finales del siglo XIX, pero ninguno fue capaz de resolver el problema.

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