Nanotecnologia,Superconductor

ALUMNO:

CÁTEDRA: ROJAS REÁTEGUI RAÚL

NANOTECNOLOGIA, SUPERCONDUCTORES,

COMPUTADORAS CUANTICAS.

CATEDRA

UNIVERSIDAD PRIVADA TELESUP

Fecha de entrega: 29 de Agosto de 2013

Facultad de Ingeniería de Sistemas

Universidad Privada Telesup

JHONEL VILLAORDUÑA CASTAÑEDA

FISICA

ELECTRONICA


DEDICATORIA

La presente monograf ía está dedicada, a mis t res amores (mí esposa y 2 pr incesas) , que son e l motor de mí v ida y la fuerza que me dan cada d ía para levantarme, seguir adelante y luchar d iar iamente cumpl iendo las metas p lanteadas. ¡Grac ias!


AGRADECIMIENTO

Quiero agradecer a mi Dios que hace pos ib le mi ex istenc ia que s in é l nada ser ía pos ib le quien es e l dador de toda nuestra v ida y en segundo lugar a mi esposa que con su va l ioso apoyo me mot iva a seguir adelante en terminar la carrera , y en tercer lugar a esta Prest ig iosa Univers idad que con los docentes ca l i f i cados , nos br indan una enseñanza va l iosa para nuestra profes ión. Grac ias Tota les .


INDICE

1. INTRODUCCIÓN:...........................................................................................14

2. DEFINICIONES PREVIAS.............................................................................15

a. ¿QUÉ ES NANOTECNOLOGIA?..................................................................15

b. ¿QUÉ ES SUPERCONDUCTOR?................................................................15

c. ¿QUE ES COMPUTADORA CUANTICA?...................................................16

3. HISTORIA Y EVOLUCIÓN DE LA NANOCIENCIA.................................16

4. ES UNA CIENCIA MUULTIDICIPLINARIA APLICADA, PRODUCTO DE LA CONFLUENCIA DE LA FÍSICA, LA QUIMICA Y BIOLOGIA. ....................16

5. APLICACIONES DE LA NANOTECNOLOGÍA............................................16

Aplicaciones en Toxicología......................................................................................17

Aplicaciones en la Energética...................................................................................17

6. OBJETIVOS DE LA NANOTECNOLOGÍA...................................................17

7. DATOS SIGNIFICANTIVOS..........................................................................18

8. ¿QUÉ ES LA SUPERCONDUCTIVIDAD?...................................................18

9. ¿RESEÑA HISTÓRICA DEL DESCUBRIMIENTO DE LOS SUPERCONDUCTORES?....................................................................................18

10. ¿APLICACIONES DE LOS SUPERCONDUCTORES?...........................20

1) Aplicaciones biológicas.........................................................................................20

2) Aplicaciones químicas. .........................................................................................20

3) Aplicaciones médicas. ...........................................................................................21

4) Levitación.................................................................................................................21

11. TEORÍA CLÁSICA DE LA COMPUTACIÓN (TCC).................................24

12. TEORÍA CUÁNTICA DE LA COMPUTACIÓN..........................................25

13. COMPUTADORAS CUÁNTICAS (QC en inglés)....................................27

14. CONCLUSION.............................................................................................30

15. BIBLIOGRAFIA:..........................................................................................32

16.- ANEXO:........................................................................................................34


1. INTRODUCCIÓN:

En este trabajo no se pretende descubrir algo nuevo si no dar a conocer tres temas de suma importancia

que están revolucionando la tecnología actual que conocemos, son temas muy amplios y que causan

mucho interés pero lo más a tratar de la mejor manera posible para que sea claro y entendible, con respecto

a los 3 temas que se van a tratar en esta monografía.

La nanotecnología es un nuevo planteamiento centrado en la comprensión y el dominio de las

propiedades de la materia a escala nanométrica: un nanómetro (la mil millonésima parte de un metro) viene

a ser la longitud de una pequeña molécula. A esta escala, la materia ofrece propiedades diferentes y,

muchas veces, sorprendentes, de tal manera que las fronteras entre las disciplinas científicas y técnicas

establecidas a menudo se difuminan. De ahí el fuerte carácter interdisciplinario inherente a la

nanotecnología.

Se denomina superconductividad a la capacidad intrínseca que poseen ciertos materiales para conducir

corriente eléctrica con resistencia y pérdida de energía nulas en determinadas condiciones.

La superconductividad ocurre en una gran variedad de materiales, incluyendo elementos simples como

el estaño y el aluminio, diversas aleaciones metálicas y algunos semiconductores fuertemente dopados. La

superconductividad no ocurre en metales nobles como el oro y la plata, ni en la mayoría de los metales

ferromagnéticos.

La computación cuántica es lo que se obtiene de la convergencia de dos teorías tan fascinantes como la

cuántica y la computación. Los mismos conceptos que hacen que la primera haya sido tan discutida en sus


inicios parece que abren un nuevo horizonte a la segunda. Seguidamente, voy a ofrecer una visión lo más

simple y concisa posible y a la vez completa, a nivel de licenciado, sobre este campo.

A mediados de la década de los 40 toma impulso la ciencia de la información, pronto parece claro que el

concepto propio de información contiene un significado mucho más profundo. De repente, se hace

importante conocer cómo la naturaleza previene o permite que la información se exprese o sea manipulada.

¿Cuánto ocupa un bit? ¿Cuántos recursos (energía, masa,...) son necesarios para transmitir un cierto

tamaño de información dado? Y qué hay del ‘ruido’, ¿es posible enviar satisfactoriamente información a

través de un canal ‘ruidoso’ (entiéndase ruido como interferencia)?

2. DEFINICIONES PREVIAS.

a. ¿QUÉ ES NANOTECNOLOGIA?

La nanotecnología permite la creación de materiales útiles funcionales,

dispositivos y sistemas mediante el control de la materia en la escala del

nanómetro, mediante el aprovechamiento de nuevos fenómenos y

propiedades (físicas, químicas y biológicas) a esa escala de longitudes.

b. ¿QUÉ ES SUPERCONDUCTOR?

Metal que tiene la propiedad de permitir el paso de la electricidad sin oponer resistencia cuando está a

baja temperatura. Los superconductores, tienen una temperatura crítica por debajo de la cual actúan

como superconductores. Esta temperatura depende de la naturaleza y estructura del material.


c. ¿QUE ES COMPUTADORA CUANTICA?La computación cuántica es lo que se obtiene de la convergencia de dos teorías tan fascinantes como la

cuántica y la computación. Los mismos conceptos que hacen que la primera haya sido tan discutida en

sus inicios parece que abren un nuevo horizonte a la segunda. Seguidamente, voy a ofrecer una visión lo

más simple y concisa posible y a la vez completa, a nivel de licenciado, sobre este campo.

3. HISTORIA Y EVOLUCIÓN DE LA NANOCIENCIA.Richard Feynman – 1959, fundador. En 1965 propuso fabricar productos derivados de la reordenación de

átomos y moléculas, sustentado por las leyes de la mecánica quántica.

Eric Drexler, década de los 80, inventó el término Nanotecnología Molecular. Publicó

Engines of Creation en 1986 y creó el Foresight Institute de USA.

Gerd Bining y Heinrich Rohrer (IBM, Suiza), introdujeron el uso del microscopio de exploración

excavagante de fuerza atómica.

4. ES UNA CIENCIA MUULTIDICIPLINARIA APLICADA, PRODUCTO DE LA CONFLUENCIA DE LA FÍSICA, LA QUIMICA Y BIOLOGIA.

5. APLICACIONES DE LA NANOTECNOLOGÍA


Nanotecnólogos diseñan, fabrican instrumentos para producir materiales miniaturizados y para manipular

funciones específicas que aportan soluciones determinadas.

Tiene aplicaciones en: medicina, ecología, industria, agricultura, Informática, genética, producción de

energía, cosmética, etc.

Aplicaciones en Toxicología

Nanosensores para detectar.

neurotoxinas y explosivos

Materiales descontaminantes para la limpieza ambiental

Purificadores de gasolinas de alto octanaje

Purificadores de aguas contaminadas

Aplicaciones en la Energética Construcción de Células solares plásticas

Transformadores de luz solar en (energía fotónica, Cinética energía Térmica.

Energía gravitacional.

40 laboratorios y + de 3000 fabricados en el mundo.

30% de la nanotecnología mundial en la U.E.E., 29% en USA y 41% en Canadá, Japón, Australia, argentina

y Suiza.

6. OBJETIVOS DE LA NANOTECNOLOGÍA.


Herramientas de Investigación y práctica médica de bajos costos.

Instrumentos eficientes para el Dx y el Rp de enfermedades.

Novedades modalidades terapéuticas.

7. DATOS SIGNIFICANTIVOS

En el 2000 el presidente Clinton anuncio una Iniciativa Nacional Nanotecnológica con un aporte de

su gobierno de 497 millones de dólares anuales. Primer pronunciamiento político. Bush incrementó el aporte

a su desarrollo.

Otros gobiernos mundiales siguieron este ejemplo. Varios países europeos, India, China, África del

Sur, Brasil, Canadá y Argentina.

El impacto de la Nanotecnología sobre la tecnología de la informática está incrementando 100 veces el poder

de las computadoras la posibilidad de producir computadoras más baratas la producción de tecnología de

radiofrecuencia que interferiría con la privacidad de la gente.

8. ¿QUÉ ES LA SUPERCONDUCTIVIDAD?

La superconductividad es un fenómeno que se presenta en algunos materiales los cuales, si se los somete a

determinadas condiciones de temperatura, campo magnético y corriente eléctrica (más precisamente el

fenómeno se da con valores de temperatura, campo y corriente inferiores a valores críticos que dependen unos

de otros), ofrecen tres grandes ventajas sobre los conductores normales:

No presentan resistencia al paso de la corriente eléctrica, por lo tanto, conducen la electricidad sin pérdidas de

energía. Una vez iniciada la corriente, dura indefinidamente dentro del superconductor.

9. ¿RESEÑA HISTÓRICA DEL DESCUBRIMIENTO DE LOS SUPERCONDUCTORES?


La Superconductividad está íntimamente ligado con el interés de los físicos del siglo XIX en licuar todos los

gases conocidos en aquel tiempo. Era ya bien sabido que la inmensa mayoría de los gases sólo podrían licuarse a

temperaturas muy por debajo de cero grados centígrados. La licuefacción de los gases permitiría estudiar los

fenómenos que se presentan en los materiales a temperaturas muy bajas.

En 1845, Michael Faraday de la Royal Institution de Londres pudo, finalmente, perfeccionar una técnica para

licuar gases que 23 años antes había encontrado en forma accidental. Sin embargo, esta técnica no resultaba fácil

para la licuefacción del helio (He), del hidrógeno (H), del oxígeno (O2), del nitrógeno (N2), del metano (CH4), del

monóxido de carbono (CO), ni del óxido nítrico (NO), que eran los únicos gases que faltaban por licuar de todos los

que se conocían en aquella época y, en consecuencia, tampoco el aire había sido licuado. Sin embargo, para 1867

el francés Luis Cailletet fue el primero en licuar oxígeno (90.2K o -182.96°C) y realizar descubrimientos que

mostraron la posibilidad de licuar el aire, que a la postre dieron origen al método que permitió licuar de manera

sencilla y adecuada el gas helio.

En el mismo año de 1877, y siguiendo un método diferente del de Cailletet, el suizo Raoul Pictet también pudo

licuar oxígeno. Para 1898, James Dewar de la Royal Institution de Londres pudo licuar hidrógeno, que tiene una

temperatura de ebullición de 20.8K, que corresponde aproximadamente a -252.36°C.

Fue diez años después, en 1908, cuando Heike Kamerlingh Onnes pudo, por primera vez en el mundo, obtener

helio líquido que tiene una temperatura de ebullición de 4.22K, recuérdese que el cero absoluto equivale a -

273.16°C. Este logro se realizó en la universidad de Leyden, Holanda y abrió el paso a Onnes para su

descubrimiento de la superconductividad.


Con el helio líquido Kamerlingh Onnes pudo ya disponer de un baño térmico a muy bajas temperaturas y se

dispuso a investigar las propiedades de la materia a esas temperaturas.

Para ese entonces había tres postulaciones acerca de la variación de la resistencia eléctrica en función de la

Temperatura.

Investigaciones posteriores le mostraron a Onnes que la resistividad no disminuía de manera continua, como se

indica en la curva D de la figura 1, sino que desaparecía muy abruptamente a una temperatura de 4.15 K. Por otro

lado, también observó que este comportamiento no se alteraba al introducir impurezas en una muestra de mercurio.

Luego se dio cuenta de la existencia de un nuevo estado del mercurio, en el cual no había resistividad eléctrica. A

este nuevo estado lo llamó estado superconductor. Así nació el estudio de los superconductores.

10. ¿APLICACIONES DE LOS SUPERCONDUCTORES?

Electroimanes superconductores

Algunas de las aplicaciones más importantes de los electroimanes superconductores, sin que la lista pretenda

ser exhaustiva, es la siguiente:

1) Aplicaciones biológicas. Se sabe desde hace mucho tiempo que los campos magnéticos intensos afectan el

crecimiento de plantas y animales Así, se han utilizado electroimanes superconductores para generar campos

magnéticos intensos y estudiar sus efectos en el crecimiento de plantas y animales y, además, analizar su efecto

en el comportamiento de estos últimos.

2) Aplicaciones químicas. Es un hecho conocido que los campos magnéticos pueden cambiar las reacciones

químicas y ser utilizados en la catálisis.


3) Aplicaciones médicas. Se han aplicado campos magnéticos para arreglar arterias, sacar tumores y para

sanar aneurismas sin cirugía. También se estudia la influencia de los campos magnéticos en las funciones vitales

del cuerpo humano.

En este caso, se requieren fabricar hilos de material superconductor que posteriormente formen las bobinas del

solenoide. Generalmente estos hilos consisten en Nb-Ti ó Nb-Sn en una matriz de Cu que son extruidos para

formar hilos de una sección de 0,5 mm de diámetro. Dado que estos materiales soportan corrientes mucho

mayores que los conductores normales, 10 MA.cm-2 en el Nb-Sn, los sistemas superconductores son capaces de

generar campos magnéticos de hasta 15 T.

Un uso comercial muy importante de las magnetos supe conductivos actualmente son los analizadores de

resonancia magnética. Estos dispositivos se usan en el campo de la medicina como una herramienta de diagnóstico.

Esencialmente, el campo magnético intenso que genera el superconductor estimula que el núcleo de los átomos

emita radiación. Esta radiación se usa para producir la imagen de una sección transversal del cuerpo de un

paciente o de sus órganos internos. De hecho, no solo se obtiene la forma y la densidad de un órgano sino que

esta técnica es capaz de analizar químicamente el tejido que está revisando. La ventaja obvia de este

procedimiento es la detección temprana y los diagnósticos precisos de las enfermedades o anormalidades en el

tejido humano.

4) Levitación.

Una de las principales aplicaciones basados en ésta propiedades es en el transporte en trenes de alta velocidad.

Este sistema puede lograrse con materiales convencionales, sistema de atracción, o materiales

superconductores, sistema por repulsión.


Los sistemas de levitación magnética basados en imanes permanentes son inestables. En cambio cuando se

utilizan superconductores el comportamiento debido a la levitación varía radicalmente, convirtiéndose en un

sistema totalmente estable.

Las características de cada uno se presentan en el siguiente cuadro:

Electroimanes convencionales Electroimanes superconductores

El campo magnético necesario puede ser

generado por electroimanes convencionales hechos

de metales normales, a causa de la presencia de

material ferromagnético

Los electroimanes superconductores hacen posible

generar un campo magnético intenso en

un volumen grande

El uso de electroimanes de metal normal requiere

una pequeña brecha de alrededor de 1 cm entre el

material ferromagnético y los electroimanes. Aun con

un diseño óptimo, utilizando metal normal, el costo es

mucho menor cuando se utilizan electroimanes

superconductores

La brecha entre los electroimanes y el material

conductor puede ser, al menos, de una magnitud

mayor que para el caso de electroimanes

convencionales. Esto es fundamental para el diseño

de operación de vehículos de alta velocidad.

La fuerza magnética aumenta cuando la brecha se

hace más pequeña y disminuye cuando aumenta, lo

cual significa que el sistema es inherentemente

inestable, y para lograr su estabilización es necesario

que tenga un mecanismo de retroalimentación que le

permita regular la corriente y, por tanto, la fuerza

Al tener una mayor brecha es sistema es estables

con lo que respecta a su posición vertical.


atractiva.

270 elementos superconductores

El cilindro HTS consiste en 270 poderosos cristales de YBCO producidos por NSC, que han sido alojados en un

cuerpo de cobre con un diámetro de aproximadamente 325 mm y una altura de 305 mm. Un sistema de

refrigeración enfría el cilindro de cobre que contiene los superconductores hasta -210°C aproximadamente.

Una presión de vacío de 10-7 mbar en el palier previene la escarcha y hielo que podrían producirse debidos a la

congelación de la humedad ambiental. La masa del estator de cobre retiene la baja temperatura, permitiendo al

palier mantener su carga durante varias horas incluso si el sistema de refrigeración fallase.

Probado en Siemens

Tras las pruebas preliminares en NSC, el palier HTS está actualmente siguiendo el programa de test en

Siemens. Se obtendrán datos fiables de operación y se establecerán los valores límite para su utilización en

maquinaria rotatoria. Sus principales cualidades ya han sido probadas en el banco de pruebas: Puede ser enfriado

hasta -245°C (el requerimiento mínimo son -210°C), puede soportar una carga de hasta 690 Kg (el requerimiento

mínimo eran 500 Kg) y puede soportar velocidades de giro de hasta 3.600 revoluciones por minuto. El hueco en el

asiento del eje también es un logro considerable, puesto que el rotor equipado con imanes permanentes gira dentro

del "cilindro caliente" con un espacio de tan sólo 1 mm de espesor. Hay sólo 1 mm de distancia entre la pared

aislante crio estática y el material HTS a una temperatura de -245 °C. Estos diferenciales de temperatura de hasta

270 °C han sido aislados a pesar de la corta distancia


11. TEORÍA CLÁSICA DE LA COMPUTACIÓN (TCC)En este momento, nos conciernen cuestiones como: ¿qué es computable? ¿Cuántos recursos son necesarios?

La segunda pregunta la puede resolver cualquier usuario de ordenador: memoria y procesador. De forma general,

la computación será difícil e inefectiva si los recursos necesarios crecen exponencialmente con el tamaño del input

(cantidad de información necesaria para especificar el problema), partiendo de esta máxima, se diseñan los

ordenadores. a partir del uso del sistema binario, descartando el sistema unitario (1 variable) o el decimal (10

variables). Esta elección simplifica mucho el diseño de un ordenador y su sistema de análisis. Para manipular los

bits, se definen las puertas lógicas de forma que:

-Cualquier transformación de n bits puede ser llevada a cabo mediante sucesivas transformaciones de 1 o 2 bits.

-Se definen un total de 16 puertas lógicas capaces de hacer dichas transformaciones. En realidad, la acción

cualquiera de estas 16 puertas lógicas puede ser reproducida mediante la combinación de 2 o más puertas lógicas

idénticas o diferentes, de esta forma se puede concluir que sólo una puerta lógica es necesaria para cualquier

transformación: la puerta NAND (NOT AND).

Esta visión básica de la computación nos presenta los dos componentes esenciales para que ésta tenga lugar:

muchos bits y varias puertas lógicas (y los cables para conectarlas).

Respecto a la primera pregunta (¿qué es computable?), se define la complejidad computacional como la

cantidad de pasos que una ‘máquina de Turing’ debe realizar para completar cualquier algoritmo y resolver el

problema. En general, la complejidad computacional va a depender del tamaño del Input, si la dependencia es

polinomial (clase P) el problema será en general tratable. Si la complejidad crece exponencialmente (clase NP) el


Problema se considerará difícil y a menudo será más eficiente testear posibles soluciones en lugar de encontrar

una.

Un problema de clase NP es el de la factorización. El método actualmente más eficiente (Menezes et al 1997),

necesita 1018 pasos para factorizar un número de 130 dígitos, que equivale a 42 días a 1012 operaciones por

segundo. Si aumentamos el número de dígitos llegamos rápidamente a tiempos de cálculo de un millón de años

con la tecnología actual. La lección a aprender en este caso es que un problema computacionalmente difícil es uno

que en práctica no es imposible pero necesita demasiados recursos para su resolución.

El problema de la factorización ha adquirido mucha importancia debido a su uso en sistemas de

encriptación/decriptación: Un sujeto ‘A’ llamado por convención Alice, emite una clave codificada que consiste en

un número ‘c’ que puede ser descompuesto en dos números primos ‘p’ y ‘q’ que sólo conoce Alice. Un espía que

no conozca ‘p’ y ‘q’ deberá factorizar ‘c’ para encontrarlos, si ‘c’ es suficientemente largo, el espía necesitaría un

millón de años en decodificar las claves ‘p’ y ‘q’. Sin embargo para un receptor autorizado llamado (también por

Convención) Bob, sería suficiente con conocer ‘p’ o ‘q’ para obtener a partir de ‘c’ la otra clave del mensaje.

12. TEORÍA CUÁNTICA DE LA COMPUTACIÓNPara empezar este capítulo, y para poder continuar más adelante, es necesario comentar brevemente las

puertas cuánticas (Quantum Gates). Se trata, ni más ni menos de los análogos quánticos a las puertas lógicas. Por

lo tanto, son las encargadas de modificar qubits, individualmente o secuencias de ellos. Existen infinitas puertas

cuánticas, algunos ejemplos:

(Nomenclatura =|estado final> <estado inicial| + |estado final> <estado inicial|) Primer posible valor del qubit

Segundo posible valor del qubit

Puerta identidad: I = |0> <0| + |1> <1|


Puerta NOT: X=|0> <1| + |1> <0|

De las puertas que actúan sobre pares de qubits, una de las más interesantes es la CNOT (Controlled-Not) ya

que actúa sobre un qubit dependiendo del estado del otro, por ejemplo:

|00| |00|

|01| |01|

|10| |11|

|11| |10|

Se puede ver, que solo se produce variación en el par de qubits en el caso que el primero se encuentre en |1>.

La Operación AND es otro caso peculiar puesto que involucra a 3 qubits en lo que a la práctica es una

“Controlled-Controlled-Not”: Se invierte el estado del tercer qubit sólo (y sólo sí) los 2 primeros se encuentran en |

1>. En general, se podrá emular el efecto de cualquier puerta cuántica mediante la combinación de rotaciones de

un solo qubit y puertas CNOT.

Ahora ya tenemos suficiente comprender el propósito final de la teoría, la computadora cuántica (QC). Los

requisitos que debe cumplir una QC (6) (10)

Son:

- Cada qubit debe poder ser preparado en un estado conocido

- Cada qubit debe poder ser medido en la base de los estados |0> y |1>

- Se deben poder aplicar cualquier combinación de puertas cuánticas a discreción a un conjunto de qubits

- Los qubits no evolucionarán de cualquier forma no controlada.


A diferencia de la computación clásica, un usuario no podrá saber en qué momento la QC ha terminado un

proceso. Por lo tanto, se diseñarán procesos que consistan en un número previamente conocido de pasos o se

destinará un qubit no involucrado en la computación para que señalice que la QC ha terminado de procesar.

13. COMPUTADORAS CUÁNTICAS (QC en inglés)Todos los procesos llevados a cabo por una computadora clásica pueden ser ejecutados por una QC. Los

algoritmos para las QC exigen la preparación de estados entrelazados de qubits que son extremadamente

sensibles a fenómenos externos no deseados. Por supuesto, a nadie se le ocurriría desarrollar toda una nueva

tecnología para poder seguir haciendo lo mismo que una computadora clásica. El gran interés de las QC es que

hay determinados procesos que pueden ser abordados de forma mucho más eficiente. Algunos de estos casos se

presentan más adelante.

La aplicación a priori más obvia de una QC es la de simular otros sistemas cuánticos. Para simular un vector de

estado en un espacio de Hilbert 2n-dimensional, una computadora clásica necesita manipular vectores que

contienen 2n números complejos mientras que una QC ‘sólo’ necesitará n qubits, necesitando por tanto mucha

menos memoria. Para simular la evolución de este sistema, ambos tipos de computación van a mostrar ser

ineficientes puesto que el número de operaciones necesarias va a crecer exponencialmente con n en ambos casos

(Complejidad de clase NP). Por lo tanto, una QC tampoco va a permitir simular cualquier sistema físico

eficientemente pero en algunos casos puede representar una mejora sustancial en recursos.

Una de las grandes ventajas de la computación quántica es el paralelismo cuántico, que en su versión más

simple se puede explicar mediante el uso de una puerta NOT. En la versión clásica esta puerta tiene la propiedad

de cambiar el estado de un bit de 0 a 1 y de 1 a 0. Para pasar de [01] a [10] será necesario aplicar la puerta NOT 2


veces. En la versión cuántica actúa sobre los qubits para pasarlos de α a β o de β a α. Supongamos ahora que

aplicamos una puerta NOT a un estado que no es propio de Sz (componente z del momento angular de Spin) y que

es combinación lineal de αz y βz, omitiré los subíndices z a partir de ahora. Lo que tenemos al aplicar una puerta

NOT es (el cambio de signo no es relevante ahora):

Aα + Bβ Aβ – BαSe puede ver que esta simple operación contiene las operaciones α β y β -α. Es decir,

hemos actuado sobre 2 qubits en un solo paso computacional. Desde otro punto de vista, con un solo procesador

cuántico podemos emular el efecto de 2 procesadores clásicos. El paralelismo cuántico no es siempre posible de

aplicar, los dos algoritmos siguientes son casos en que esta propiedad de la computación cuántica juega un papel

muy importante.

Supongamos una función f(x) que es periódica tal que f(x)=f(x+r). Asumiendo que no hay ninguna técnica

analítica para ello, lo mejor que puede hacer una computadora clásica es calcular f(x) en tantos puntos como sea

necesario hasta encontrar el periodo de la función, lo que puede llegar a representar un coste muy alto en

recursos.

En 1994, Peter Shor basándose en Simon presenta una forma elegante de resolver este problema gracias al

paralelismo cuántico presentado anteriormente. La QC va a requerir de 2n qubits (n depende del tamaño del input),

estos qubits estarán divididos en 2 registros diferentes y mediante el uso de transformadas de Fourier cuánticas se

logra calcular, en un solo paso, la función para 2n valores de x. Como si se tratara de una computadora clásica con

2n procesadores. El proceso posterior para obtener el resultado no es trivial pero no lo detallare aquí. El algoritmo

entero se puede consultar más detalladamente en la referencia o en el propio artículo de Shor. El otro algoritmo

que presenta una mejora considerable es el de búsqueda en una base de datos (no-ordenada) construido por

Grover en 1997.


Los algoritmos clásicos consisten básicamente en leer la lista de N ítems para necesitar de media N/2 pasos

mientras que al algoritmo de Grover le bastan √N pasos. De nuevo, remito al lector a las referencias y para

encontrar el algoritmo en detalle.

El número de algoritmos diseñados para la computación cuántica crece lentamente. Parece seguro predecir que

existe un número muy limitado de casos específicos en los que una QC puede ser verdaderamente de ayuda. Por

otro lado, un problema para el que encontrar una solución concreta es muy difícil, puede ser abordado de otra

forma: testeando posibles soluciones candidatas, desde este punto de vista, el algoritmo de Grover resulta ser de

gran ayuda y amplía el número de casos en los que, indirectamente, una QC podría ser útil.


14. CONCLUSION

Siendo la Nanotecnología en todas sus ramas una investigación siempre orientada hacia un objetivo.

Obliga a los científicos cuestionarse siempre “los objetivos de quien” se impone un compromiso

democrático por parte de los científicos para establecer las prioridades.

La Nanotecnología aporta un ejemplo fascinante de la complejidad de la interacción entre, ciencia,

tecnología y sociología.- La Nanotecnología y otras nuevas tecnologías emergentes tendrán un fuerte

impacto en el desarrollo social de la humanidad en los próximos 20 – 50 años.

Es poco recomendable el enfoque tecnológico determinista en el mundo científico.

La idea de computación cuántica ha suscitado mucha imaginación ya que sus propias palabras sugieren

algo realmente potente y extraño, pero la realidad es que no va a reemplazar la computación clásica de la

misma forma que la física cuántica no ha reemplazado la física clásica.

Se trata simplemente de una nueva herramienta de computación que puede llevar a cabo algunas (pocas)

tareas con mucha más eficiencia que las técnicas actuales.

El principal obstáculo a resolver en estos momentos es el diseño de los dispositivos experimentales

adecuados, y no parece descabellado pensar que podemos necesitar toda una generación en desarrollar la

tecnología necesaria para una computación cuántica a gran escala.

Como mucho quizás nuestros nietos nos pidan para navidad un ordenador cuántico nuevo. En realidad, el

objetivo final, mucho más modesto, parece que se va a centrar en el desarrollo de máquinas híbridas que


consistan en un ordenador clásico con procesador cuántico acoplado al que sólo se recurriría en caso de

necesidad.

En este trabajo se ha presentado un concepto tanto o más importante que la propia computación cuántica,

el entrelazamiento cuántico. A parte de lo que supone de cara a la interpretación de las leyes de la

naturaleza, los concepto en sí mismos de las interacciones nolocales y el colapso de la función de onda son

suficientemente extravagantes como para que ciertos científicos especialmente creativos (algunos de ellos

especialmente notables) hayan planteado teorías, a priori descabelladas, como la ‘Computational Theory of

Mind’ que intenta explicar el funcionamiento del cerebro humano, la consciencia, el alma, lo que nos

diferencia de los animales, guiados básicamente por instinto... En cualquier caso, parece que hemos

descubierto otra de las herramientas que la naturaleza nos tiene preparadas para desvelar algún día la gran

teoría del todo que incluya, por qué no, nuestro comportamiento


15. BIBLIOGRAFIA:

Baker J. Nanopartícula transportadora de fármacos. Cáncer Res., 15/6/05

Carletti E. J. La nanotecnología: un rápido panorama. Axxón #110, enero 2002

Córdova Luis. Introducción a la nanotecnología. http.///www.elplaneta.com/futur/nano0700.htm. sept. 2006

Crow M.M. and Sarewitz D. Nanotechnology and Societal Transformation. National Sc. and

Technol Council Workshop. Sept., 2000. http://www.aaas.org/spp/rd/ch.6

Dopazo González Ana. Micro y nanotecnología en Medicina. Los chips ó microarrays de ADN.

http://w w w.encuentros-multi d isciplinarios.org/revista nº12

Drexler K. E. Nannosystems: Molecular Machinery, Manufac. and Computation. John Wiley & Sons. 1992

Goikoetxea Itziar. El secreto de los huesos. Nanotecnología y Salud. 8/10/ 07.

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Turing A. M. 1936 On computable numbers, with an aplication to the

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http://www.monografias.com/trabajos82/materiales-superconductores/materiales-superconductores3.shtml#ixzz2dLCj5lkK

http://www.monografias.com/trabajos82/materiales-superconductores/materiales-superconductores3.shtml#ixzz2dL9iLNAb

http://www.monografias.com/trabajos82/materiales-superconductores/materiales-superconductores.shtml#ixzz2dL7Utl4E

http://www.monografias.com/trabajos82/materiales-superconductores/materiales-uperconductores.shtml#ixzz2dL5SI7N1

UNIVERSIDAD PRIVADA TELESUP (4) - Aspect A. Dalibard J. and Roger G. 1982 Experimental test of Bell’s inequalities usin

time-varying analysers Phys. Rev. Lett. 49 1804-7

(5) - Schumacher B. 1995 Quantum Coding Phys. Rev. A 51 2738-47

(6) - Deutsch D. 1985 Quantum Theory, the Church-Turing principle and the universal

quantum computer Proc. R. Soc. A 400 97-117

(7) - Einstein A. Rosen N. and Podolsky B. 1935 Phys. Rev. 47 777

(8) - Josza R. and Schumacher B. 1994 A new proof of the quantum noiseless coding

theorem J. Mod. Opt. 41 2343

(9) - Bennet C. H. 1995 Quantum Information and computation Phys. Today 48 (10) 24-30

(10) - Deutsch D. 1989 Quantum computational networks Proc. R. Soc. A 425 73-90

(11) - Shor P. W. 1994 Polynomial-time algorithms for prime factorization and discrete

logarithms on a quantum computer Proc. 35th Annual Symp. On foundations of

Computer Science

(12) - Simon D. 1994 On the power of quantum computation Proc. 35th Annual Symp. On

foundations of Computer Science

http://www.youtube.com/watch?v=Q_4CpbXVTNk (Explicación de la Computadora Cuantica.)

http://www.youtube.com/watch?v=Q_4CpbXVTNk


16.- ANEXO:

Nb


Aplicaciones

Efecto Meissner

Tren MAGLEV


AplicacionesTren MAGLEV

Levitación Guía

Propulsión

Efecto Meissner


AplicacionesConducción eléctrica


Nueva York

Aplicaciones Conducción eléctrica

HTS


AplicacionesCampos magnéticos intensos

RMN

MRI

(Campos magnéticos intensos – acumuladores de energía)


Aplicaciones

Efecto Josephson SQUID


AplicacionesFiltros

Normal: R Superc: L

ω0 = R/L

1011 Hz

Q = 1010

Nanotecnologia,Superconductor

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