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La tecnología cuántica es un campo emergente de la física y la ingeniería, que se basa en los principios de la física cuántica . [1] La computación cuántica , los sensores cuánticos , la criptografía cuántica , la simulación cuántica, la metrología cuántica y las imágenes cuánticas son ejemplos de tecnologías cuánticas, donde las propiedades de la mecánica cuántica , especialmente el entrelazamiento cuántico , la superposición cuántica y el efecto túnel cuántico , son importantes.

Según John von Neumann , la tecnología cuántica es diferente de la mecánica clásica determinista, que sostiene que el estado está determinado por los valores de dos variables. [2] Afirmó que la tecnología cuántica está determinada por probabilidades y esta explicación se ha utilizado para justificar la superioridad de la tecnología. [2]

Puntos cuánticos coloidales irradiados con luz ultravioleta. Los puntos cuánticos de diferentes tamaños emiten luz de diferentes colores debido al confinamiento cuántico.

Aplicaciones [ editar ]

William D. Phillips sobre el uso de sistemas de interferómetro de átomos fríos para medir la gravedad y el reloj atómico que utilizan muchas agencias nacionales de normalización de todo el mundo para definir el segundo.

Se están realizando esfuerzos para diseñar dispositivos de detección cuántica que sean más baratos, más fáciles de usar, más portátiles, más livianos y consuman menos energía. Si tiene éxito, se espera que esto conduzca a múltiples aplicaciones comerciales, como el monitoreo de depósitos de petróleo y gas, o en la construcción.

Comunicaciones seguras [ editar ]

La comunicación cuántica segura son métodos que se espera sean 'cuánticamente seguros' en el advenimiento de los sistemas de computación cuántica que podrían romper los sistemas criptográficos actuales. Se espera que un componente importante de los sistemas de comunicación cuántica segura sea la distribución de claves cuánticas , o 'QKD': un método de transmisión de información utilizando luz entrelazada de una manera que hace que cualquier interceptación de la transmisión sea obvia para el usuario. Otra tecnología en este campo es el generador cuántico de números aleatorios que se utiliza para proteger los datos. Esto produce un número verdaderamente aleatorio sin seguir el procedimiento de los algoritmos informáticos que simplemente imitan la aleatoriedad. [3]

Computación [ editar ]

Las computadoras cuánticas son la red cuántica definitiva y son dispositivos que pueden almacenar y procesar datos cuánticos (a diferencia de los datos binarios ) con enlaces que pueden transferir información cuántica entre 'bits cuánticos' o ' qubits '. Si se desarrolla con éxito, se predice que las computadoras cuánticas podrán realizar ciertos algoritmos significativamente más rápido que incluso la computadora clásica más grande disponible en la actualidad.

Se espera que las computadoras cuánticas tengan una serie de usos importantes en los campos de la computación, como la optimización y el aprendizaje automático. Quizás sean más conocidos por su capacidad esperada para llevar a cabo el ' Algoritmo de Shor ', que se puede utilizar para factorizar grandes números, un proceso importante en la protección de las transmisiones de datos.

Quantum 1.0 [ editar ]

Hay muchos dispositivos disponibles en la actualidad que dependen fundamentalmente de los efectos de la mecánica cuántica. Estos incluyen: sistemas láser , transistores y dispositivos semiconductores y otros dispositivos, como generadores de imágenes de resonancia magnética . El Laboratorio de Ciencia y Tecnología de Defensa del Reino Unido (Dstl) agrupó estos dispositivos como 'cuántico 1.0', [4] es decir, dispositivos que se basan en los efectos de la mecánica cuántica. Por lo general, se los considera una clase de dispositivo que crea, manipula y lee activamente estados cuánticos de la materia, a menudo utilizando los efectos cuánticos de la superposición y el entrelazamiento.

Historia [ editar ]

El campo de la tecnología cuántica se describió por primera vez en un libro de 1997 de Gerard J. Milburn , [5] que fue seguido por un artículo de 2003 de Jonathan P. Dowling y Gerard J. Milburn , [6] [7] así como un Artículo de 2003 de David Deutsch . [8] El campo de la tecnología cuántica se ha beneficiado enormemente de la afluencia de nuevas ideas del campo del procesamiento de información cuántica , particularmente la computación cuántica . Áreas dispares de la física cuántica , como la óptica cuántica , la óptica atómica , la electrónica cuántica., y los dispositivos nanomecánicos cuánticos , se han unificado en la búsqueda de una computadora cuántica y se les ha dado un "lenguaje" común, el de la teoría de la información cuántica .

El Manifiesto Cuántico fue firmado por 3.400 científicos y lanzado oficialmente en la Conferencia Quantum Europa de 2016 , en el que se pide una iniciativa de tecnología cuántica para coordinar entre la academia y la industria, mover las tecnologías cuánticas del laboratorio a la industria y educar a los profesionales de la tecnología cuántica en una combinación de ciencia, ingeniería y negocios. [9] [10] [11] [12] [13]

La Comisión Europea respondió a ese manifiesto con el buque insignia de la tecnología cuántica , [14] [15] un megaproyecto de 10 años de duración de 1.000 millones de euros , similar en tamaño a proyectos emblemáticos de tecnologías emergentes y futuras europeas como Graphene Flagship y Human Proyecto Cerebro . [11] [16] China está construyendo la instalación de investigación cuántica más grande del mundo con una inversión planificada de 76 mil millones de yuanes (aproximadamente 10 mil millones de euros). [17] [18] Estados Unidos, [19] [20] Canadá, [21] Australia, [22] Japón[23] y el Reino Unido [24] también están preparando iniciativas nacionales.

Programas nacionales [ editar ]

A partir de 2010, varios gobiernos han establecido programas para explorar tecnologías cuánticas, [25] como el Programa Nacional de Tecnologías Cuánticas del Reino Unido, [24] que creó cuatro 'hubs' cuánticos, el Centro de Tecnologías Cuánticas en Singapur y QuTech, un holandés centro para desarrollar una computadora cuántica topológica. [26] El 22 de diciembre de 2018, Donald Trump promulgó la Ley de Iniciativa Nacional Cuántica de EE. UU., Con un presupuesto de mil millones de dólares al año, que es ampliamente visto como una respuesta a los avances en tecnología cuántica por parte de los chinos, en particular el reciente lanzamiento de la Satélite cuántico chino.

En el sector privado, las grandes empresas han realizado múltiples inversiones en tecnologías cuánticas. Los ejemplos incluyen la asociación de Google con el grupo John Martinis en UCSB , [27] múltiples asociaciones con la empresa canadiense de computación cuántica D-wave systems , y la inversión de muchas empresas del Reino Unido dentro del programa de tecnologías cuánticas del Reino Unido.

Ver también [ editar ]

  • Nanociencia cuántica
  • Ingenieria atómica
  • QFET (transistor de efecto de campo cuántico)

Referencias [ editar ]

  1. ^ Chen, Rajasekar; Velusamy, R. (2014). Manual de ingeniería de puentes, conjunto de cinco volúmenes, segunda edición . Boca Raton, FL: CRC Press. pag. 263. ISBN 9781482263459.
  2. ^ a b Aerts, Diederik; Khrennikov, Andreĭ; Melucci, Massimo; Toni, Bourama (2019). Modelos de tipo cuántico para la recuperación de información y la toma de decisiones . Cham, Suiza: Springer Nature. pag. 65. ISBN 9783030259129.
  3. ^ Amor, Dylan (31 de julio de 2017). " La tecnología ' cuántica' es el futuro, y ya está aquí; esto es lo que eso significa para usted" . Business Insider . Consultado el 12 de noviembre de 2019 .
  4. ^ [1]
  5. ^ Máquinas de Schrödinger , GJMilburn, WH Freeman & Co. (1997) Archivado el 30 de agosto de 2007 en Wayback Machine
  6. ^ " Tecnología cuántica: la segunda revolución cuántica ", JPDowling y GJMilburn, Phil. Trans. R. Soc. A 361, 3655 (2003)
  7. ^ " Tecnología cuántica: la segunda revolución cuántica ", JPDowling y GJMilburn, arXiv: quant-ph / 0206091v1
  8. ^ " Física, filosofía y tecnología cuántica ", D.Deutsch en las actas de la Sexta Conferencia Internacional sobre Comunicación Cuántica, Medición y Computación, Shapiro, JH e Hirota, O., Eds. (Rinton Press, Princeton, Nueva Jersey. 2003)
  9. ^ "Manifiesto cuántico para tecnologías cuánticas"
  10. ^ "Manifiesto cuántico"
  11. ^ a b Alexander Hellemans. Europa apuesta mil millones de euros en tecnología cuántica : un megaproyecto de 10 años irá más allá de la computación cuántica y la criptografía para promover otras tecnologías emergentes ". Julio de 2016. IEEE Spectrum.
  12. ^ Michael Allen. "El 'manifiesto cuántico' para Europa exige una financiación de mil millones de euros" Archivado el 31 de marzo de 2017 en la Wayback Machine . 2016. Mundo de la Física.
  13. ^ "Manifiesto cuántico: Europa lidera la tecnología cuántica" Archivado el 31 de marzo de 2017 en la Wayback Machine . 2016.
  14. ↑ Riedel, Max F .; Binosi, Daniele; Thew, Rob; Calarco, Tommaso (2017). "El programa insignia de las tecnologías cuánticas europeas" . Ciencia y tecnología cuántica . 2 (3): 030501. doi : 10.1088 / 2058-9565 / aa6aca .
  15. ^ Riedel, Max; Kovacs, Matyas; Zoller, Peter; Mlynek, Jürgen; Calarco, Tommaso (2019). "Iniciativa emblemática cuántica de Europa" . Ciencia y tecnología cuántica . 4 (2): 020501. doi : 10.1088 / 2058-9565 / ab042d .
  16. ^ Elizabeth Gibney. "Europa planea un proyecto gigante de tecnologías cuánticas de mil millones de euros : el tercer buque insignia de la Unión Europea será similar en tamaño y ambición a las iniciativas del cerebro humano y el grafeno". Abril de 2016. Naturaleza.
  17. ^ "China construye la instalación de investigación cuántica más grande del mundo" . Consultado el 17 de mayo de 2018 .
  18. ^ Zhang, Qiang; Xu, Feihu; Li, Li; Liu, Nai-Le; Pan, Jian-Wei (2019). "Investigación de información cuántica en China" . Ciencia y tecnología cuántica . 4 (4): 040503. doi : 10.1088 / 2058-9565 / ab4bea .
  19. ^ "Iniciativa nacional cuántica: plan de acción" (PDF) . Consultado el 17 de mayo de 2018 .
  20. ^ Raymer, Michael G .; Monroe, Christopher (2019). "La iniciativa cuántica nacional de Estados Unidos" . Ciencia y tecnología cuántica . 4 (2): 020504. doi : 10.1088 / 2058-9565 / ab0441 .
  21. ^ Sussman, Ben; Corkum, Paul; Blais, Alexandre; Cory, David; Damascelli, Andrea (2019). "Canadá cuántico" . Ciencia y tecnología cuántica . 4 (2): 020503. doi : 10.1088 / 2058-9565 / ab029d .
  22. ^ Roberson, TM; White, AG (2019). "Trazando el paisaje cuántico australiano" . Ciencia y tecnología cuántica . 4 (2): 020505. doi : 10.1088 / 2058-9565 / ab02b4 .
  23. ^ Yamamoto, Yoshihisa; Sasaki, Masahide; Takesue, Hiroki (2019). "Ciencia y tecnología de la información cuántica en Japón" . Ciencia y tecnología cuántica . 4 (2): 020502. doi : 10.1088 / 2058-9565 / ab0077 .
  24. ^ a b Caballero, Peter; Walmsley, Ian (2019). "Programa nacional de tecnología cuántica del Reino Unido" . Ciencia y tecnología cuántica . 4 (4): 040502. doi : 10.1088 / 2058-9565 / ab4346 .
  25. ^ Enfoque en iniciativas de ciencia y tecnología cuánticas en todo el mundo , editado por Rob Thew, Thomas Jennewein y Masahide Sasaki, Ciencia y tecnología cuánticas (2019)
  26. ^ 'Un poco, mejor' The Economist, 18 de junio de 2015
  27. ^ El hombre que construirá la escurridiza computadora cuántica de Google; Con cable, 09.05.14