Lo cuántico en tu bolsillo
Lección 5 de 23 del curso «Cuántica». Gratis, con animaciones y un test.
Tu móvil es un aparato cuántico
La física cuántica no es solo cosa del futuro. Sin ella no existiría el smartphone. El chip, la memoria, la cámara, la pantalla, Face ID y el GPS funcionan con efectos que solo explica lo cuántico: escalones de energía, efecto túnel, fotones. Los ingenieros usan estas reglas desde hace 70 años. Ahora veremos cada pieza y por qué el cúbit es el siguiente paso, no ciencia ficción salida de la nada.
El transistor: 19 000 millones de grifos
Un transistor es un grifo diminuto para electrones: abierto es 1, cerrado es 0. El chip A17 Pro de Apple tiene 19 000 millones. ¿Por qué el silicio a veces conduce y a veces no? La física clásica no lo explica. La respuesta la dio la teoría cuántica: los electrones en un cristal tienen bandas de energía permitidas y prohibidas, los mismos escalones de la primera lección. Sin esa teoría no habría ni un solo ordenador. Por cierto, el bit normal de un transistor es justo el 0 o 1 con el que compararemos el cúbit.
El láser y Face ID
En 1917 Einstein notó que un fotón puede “convencer” a un átomo excitado de soltar un fotón idéntico, del mismo color y en la misma dirección. En 1960 se construyó el primer láser con esa idea. Una bombilla emite fotones desordenados; un láser da un ejército de fotones iguales. Dónde lo tienes: el escáner de códigos de barras de la caja, internet por fibra y Face ID, que proyecta en tu cara más de 30 000 puntos láser invisibles y arma con ellos un mapa 3D.
El GPS depende de relojes atómicos
Tu móvil sabe dónde estás por las señales de los satélites: compara cuándo salió cada señal y cuándo llegó. La luz recorre 300 metros en una millonésima de segundo. Así que los relojes tienen que ser locamente precisos. Los satélites llevan relojes atómicos: cuentan los saltos del electrón entre escalones en un átomo de cesio o rubidio. Desde 1967 el segundo equivale oficialmente a 9 192 631 770 ciclos de la radiación del cesio. Sin escalones cuánticos, el navegador fallaría por kilómetros.
El hospital, la bombilla, la tele
La resonancia magnética ve los órganos a través de los núcleos de hidrógeno de tu cuerpo. Cada núcleo tiene espín, una propiedad cuántica que actúa como un imán diminuto. Un imán superconductor alinea los espines y las ondas de radio los hacen “sonar”. El LED azul, sin el que no habría bombillas LED blancas ni pantallas, dio a científicos japoneses el Nobel de 2014. Y los puntos cuánticos de los televisores QLED brillan con colores puros; ganaron el Nobel de Química 2023.
La primera y la segunda revolución cuántica
Todo lo que vimos es la primera revolución cuántica. Transistores, láseres y relojes usan leyes cuánticas para enormes multitudes de partículas a la vez. Ahora está en marcha la segunda: los científicos aprendieron a controlar átomos, fotones y electrones uno por uno, mantenerlos en superposición y entrelazarlos. De ahí salen los ordenadores cuánticos, la comunicación cuántica y sensores ultraprecisos. En el nivel dos armarás un cúbit tú mismo, pondrás puertas y verás la interferencia en un simulador.
Ponte a prueba
- ¿Cuál de estos funciona gracias a la física cuántica?
Respuesta correcta: Todos: el chip, Face ID y el GPS. Los transistores del chip dependen de bandas de energía cuánticas, Face ID de un láser, el GPS de relojes atómicos. Lo cuántico lleva tiempo en tu bolsillo, no solo en el futuro. - ¿Por qué el GPS no puede prescindir de los relojes atómicos?
Respuesta correcta: Un error de una millonésima de segundo ya son 300 m. La posición se calcula con el tiempo de viaje de la señal. La luz recorre 300 m en una millonésima de segundo, así que los relojes deben ser millones de veces más precisos que los normales. - ¿En qué se diferencia la segunda revolución cuántica de la primera?
Respuesta correcta: Controlamos partículas sueltas y su superposición. La primera revolución usó leyes cuánticas para multitudes de partículas. La segunda trabaja con cada partícula por separado: superposición, entrelazamiento, cúbits.