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
UNIVERSIDAD PRIVADA TELESUP
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!
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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 .
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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
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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
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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.
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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
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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.
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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?
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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.
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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.
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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.
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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.
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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
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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
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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|
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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.
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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
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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.
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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.
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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
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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
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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
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Dopazo González Ana. Micro y nanotecnología en Medicina. Los chips ó microarrays de ADN.
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AplicacionesCampos magnéticos intensos
RMN
MRI
(Campos magnéticos intensos – acumuladores de energía)