Mecánica cuántica y el futuro de la computación

La teoría de la Mecánica Cuántica describe y explica el funcionamiento del mundo microscópico (moléculas, átomos o electrones). Gracias a ella ha sido posible entender que en el mundo microscópico tienen lugar sucesos que no ocurren en el mundo macroscópico. Entre las propiedades cuánticas se incluyen:

• Superposición cuántica, que describe cómo una partícula puede estar en diferentes estados a la vez.
• Entrelazamiento cuántico, que describe cómo dos partículas tan separadas como se desee pueden estar correlacionadas de forma que, al interactuar con una, la otra se entera.
• Teletransporte cuántico, que utiliza el entrelazamiento cuántico para enviar información de un lugar a otro del espacio sin necesidad de viajar a través de él.

Hay muchas tecnologías que utilizan fenómenos cuánticos y las propiedades comentadas y, algunas de ellas, llevan ya tiempo entre nosotros, como el láser o las imágenes por resonancia magnética (IRM). Sin embargo, actualmente estamos presenciando una revolución tecnológica en áreas como la computación cuántica, la óptica cuántica, los relojes cuánticos o los sensores cuánticos, entre otros.

Aplicaciones ondas electromagnéticas (I): microondas

La radiación electromagnética es un tipo de campo electromagnético variable, esto es, una combinación de campos eléctricos y magnéticos oscilantes, los cuales se propagan a través del espacio transportando energía de un lugar a otro. Está compuesta por ondas electromagnéticas y, a la distribución energética del conjunto de estas ondas se le denomina espectro electromagnético. Dicho espectro se extiende desde la radiación de mayor longitud de onda (por tanto, menor frecuencia), como son las ondas de radio, pasando por las microondas, la radiación infrarroja, luz visible y radiación ultravioleta, hasta llegar a las ondas de menor longitud de onda (por tanto, mayor frecuencia), como son los rayos X y los rayos gamma.

El conjunto de ondas electromagnéticas tiene distintas aplicaciones en nuestro día a día. En este caso, nos centraremos en las ondas microondas y su principal aplicación: el horno microondas.

Efecto Doppler, mucho más cerca (o lejos) de lo que pensamos

Los cuerpos emiten ondas a una determinada frecuencia, y la separación entre cada frente de onda emitido es conocida como longitud de onda. Un observador del cuerpo o fuente emisora, si ambos están en reposo, percibirá las ondas (por ejemplo, sonoras) como un sonido constante. Pero si la fuente se pone en movimiento, experimentaremos que el sonido cambia según si dicha fuente se acerca o se aleja de nosotros: se está produciendo el efecto Doppler.

El efecto Doppler es el fenómeno por el cual la frecuencia de las ondas percibida por un observador varía cuando el foco emisor, y/o el propio observador como veremos después, se desplazan uno respecto al otro.

El campo magnético y el Sol nos ofrecen este bello espectáculo

El campo magnético terrestre o geomagnético es el campo magnético que se extiende desde el núcleo interno de la Tierra hasta el límite en el que se encuentra con el viento solar (flujo de partículas que el Sol emite continuamente), en la magnetosfera, que es la capa de la atmósfera situada por encima de la ionosfera. Se genera por el movimiento de aleaciones de hierro fundido en el núcleo externo del planeta y su magnitud en la superficie de la Tierra es variable, siendo mayor en los polos y menor en el ecuador magnético. Este campo es el responsable de que la aguja de la brújula se oriente señalando la misma dirección.

Cuando las partículas cargadas procedentes del Sol chocan con el campo magnético de la Tierra se produce una aurora.

La manzana de Newton también nos explica las mareas

La fuerza de la gravedad es la base de la ley de atracción gravitacional del Sol y la Luna con la Tierra. Newton, a raíz de su experiencia con la manzana, determinó que los cuerpos se atraen, y esta atracción es más grande cuanto mayor es su masa y menor la distancia entre ellos. Ahora bien, sobre todo es esta menor distancia la que más influye en la atracción. De ahí que, aunque tanto el Sol como la Luna ejerzan atracción sobre la Tierra, se atribuye más el efecto de las mareas a la segunda que al primero (las mares lunares son más potentes que las solares), ya que está mucho más cerca de nuestro planeta.

Las mareas son cambios periódicos en el nivel del mar que se producen por las fuerzas de atracción

Espejimos: ilusión óptica por el fenómeno de la refracción

Sabemos que cuando una onda, por ejemplo la luz, pasa de un medio a otro con distinto índice de refracción e incidiendo de forma oblicua sobre la superficie de separación de estos medios, se produce un cambio en la dirección y velocidad de propagación de la onda que conocemos como refracción (aquí puedes ver cómo experimentar el fenómeno de la refracción en casa). Y entre todos los casos de refracción tenemos el caso extremo, la reflexión total, cuando la luz intenta pasar de un medio a otro, siendo el índice de refracción del primero superior al del segundo. ¿Y qué tenemos entonces? Espejismos.

Frecuencia de resonancia... ¿dónde la vemos?

Los cuerpos o sistemas (un edificio, una ventana, un muelle, el suelo, un columpio, etc.) oscilan, y lo hacen con ciertas frecuencias propias que son llamadas frecuencias naturales o características. Dependerá de la forma, masa y material del cuerpo el que tenga unas frecuencias u otras. Si el sistema se excita a alguna de sus frecuencias características, la oscilación crece en amplitud cada vez más y en ese momento decimos que el sistema ha entrado en resonancia. Por ello, para que haya resonancia se necesitan:

• Un sistema elástico con sus frecuencias naturales de vibración.
• Una fuerza externa periódica que actúe sobre el sistema elástico.
• Coincidencia entre las frecuencias del sistema y la fuerza externa.

¿Y dónde podemos observar este fénomeno?