lunes, 12 de junio de 2017

365 curiosidades sobre física cuántica, computacional y estadística.

La semana pasada me enteré de la moda de Twitter de contar cosas aleatorias personales en función de los 'likes' que tenga un tweet. Al verlo decidí darle un toque algo más cultural y propuse escribir una curiosidad sobre física cuántica o computacional en función de los likes que tuviera el siguiente tweet:

Francamente, no me esperaba este éxito y el tweet alcanzó en un momento los 100 'likes'. Al ritmo que escribía fueron aumentando, y en el momento de empezar a escribir este post ya llegaban a los 332.  Como lo que se pone en Twitter se suele perder con el tiempo he decidido transcribirlos aquí para la posteridad. He decidido transcribirlos en lugar en insertarlos por si algún día mi cuenta de Twitter desaparece. Al final han saliudo 365 curiosidades. Muchas incluyen imágenes, vídeos y enlaces.

Este es el post que lo inició todo:


Y aquí las curiosidades:


1. El algoritmo más usado para resolver ecuaciones diferenciales sigue siendo Runge-Kutta. Con cuarto orden se obtienen resultados muy buenos.




2. Para sistemas clásicos de muchos cuerpos el algoritmo de Verlet es útil y sencillo de usar.

http://ergodic.ugr.es/cphys/LECCIONES/ssolar/planetas.pdf


3. Para estudiar fenómenos físicos exóticos hay un algoritmo llamado “Algoritmo de los clones”.


4. Feynman no afirmaba que la física cuántica no se podía comprender, sólo afirmaba que a él le costaba por cuestiones generacionales.


5. Igualmente Bohr decía que la física cuántica debía ser chocante “Al entrar en contacto por primera vez”.

http://luisfrull.es/2017/03/31/a_la_busqueda_de_un_poema/


6. Simular sistemas cuánticos en ordenadores clásicos es muy difícil. El tamaño del sistema crece exponencialmente. N partículas->2^N variables.


7. Uno de los métodos computacionales más usados en sistemas cuánticos de muchas partículas es el de Tensor Networks.

https://t.co/T8nDXY5Y0a


8. Curiosamente, estos métodos dependen mucho de la dimensión del sistema. Sistemas 1D y 2D son realizables, pero 3D son casi imposible.


9. Usando estos métodos hay quien ha llegado a simular cientos de qubits. Por ejemplo para estudiar transporte de energía.


10. El método Matrix Pdoruct States (MPS) se basa en que haya poco entrelazamiento en el sistema, por lo que tiene mucha limitación.


11. En teoría de la computación una pieza clave es la máquina de Turing.

https://t.co/AVADcrB8pX


12. También existe la máquina de Turing cuántica (u ordenador cuántico universal), propuesto por David Deutsch en 1985.


13. Existen muy pocos algoritmos cuánticos. Los más comunes factorizan números, buscan en base de datos y resuelven sistemas de ecuaciones.


14. Buscar en una base de datos clásica requiere un tiempo proporcional a su tamaño. En una cuántica es proporcional a la raíz cuadrada. [Aclaración: Se feriere a un fichero de datos desordenado]


15. Se puede usar coherencia cuántica para aumentar la eficiencia de las células solares más allá de los límites clásicos.


16. Un ordenador cuántico universal debe ser capaz de operar con un numero arbitrario de bits cuánticos (qubits).


17. Sin embargo, está probado que basta con operar los bits uno a uno y por parejas (esto con un tipo de operación).


18. El artículo de Feynman en el que propone la idea del ordenador cuántico de titula "Simulating Physics with Computers”.


19. Se ha fabricado ya un interruptor que funciona moviendo un sólo átomo.



20. También se ha propuesto (teóricamente) un interruptor que funciona controlando el estado interno de dos átomos.


21. Cuando empezó a funcionar el LHC era el lugar más frío del universo (1.9 K frente a 2.73K del espacio intergaláctico).


22. Sin embargo ya se han conseguido temperaturas mucho menores en otros laboratorios (del orden de nanoKelvin).


23. Hay oscilaciones de energía en sistemas fotosintéticos. Esto indica que el transporte de energía en estos sistemas puede ser cuántico.


24. Ese efecto cuántico no está probado aún. Hay quien defiende (Tomas Mancal) que las oscilaciones se deben a vibraciones de las proteínas.


25. También hay quien duda que estos resultados sean extrapolables a la fotosíntesis, ya que los experimentos usan luz coherente (láser).


26. La interpretación de Copenhague de la Física cuántica se formuló durante una conferencia en Como, Italia.


27. La tesis de De Broglie sobre la naturaleza ondulatoria de la materia tenía sólo 70 páginas.


28. Recientemente se ha podido simular un proceso de física de partículas en un simulador cuántico.



29. El modelo de Ising se propuso en 1924 como un modelo de juguete en el que observar transiciones de fase de manera analítica.


30. El modelode Ising fue propuesto por Lenz, pero fue Ising el que lo resolvió en 1 dimensión. No encontró transición de fase.


31. El modelo de Ising fue resuelto en 2D por Onsager (1944). Sí observó transición de fase. Sigue siendo usado en el estudio de materiales.


32.  La percolación es un fenómeno muy estudiado mediante simulaciones computacionales. 



33. El Juego de la Vida es un autómata celular que se creó partiendo de una idea de John von Neumann.


34. El Juego de la Vida permite generar comportamientos complejos a partir de unas reglas muy sencillas (complejidad emergente).



35. También existe el Juego de la Vida Cuántico, y otros autómatas celulares cuánticos. 



36. El entrelazamiento en sistemas de fermiones se mide de manera diferente a como se mide en los sistemas de partículas distinguibles.



37. En sistemas atómicos el entrelazamiento crece con la energía de excitación del átomo.


38. Aunque no se puede alcanzar el cero absoluto sí se pueden conseguir temperaturas absolutas negativas.


39. Aunque no hay consenso. Hay quien piensa que ese resultado viene del uso de una mala fórmula de la entropía (Boltzmann).


40.  Las temperaturas absolutas negativas, de existir, se han conseguido ya en sistemas de átomos fríos.


41. Las redes ópticas (optical lattices) permiten atrapar un pequeño número de átomos. Esto se ha usado en numerosos experimentos.


42. El control en redes ópticas es tan bueno que se pueden hacer dibujos con átomos individuales.



43. Existe ya un juego de ajedrez cuántico. 



44. Según Sheldon Cooper la física cuántica es “como observar al universo desnudo” :D


45. Las redes ópticas también se utilizan para estudiar la propagación de átomos tanto fermiónicos como bosónicos.


46. Un resultado clásico ahí afirma que los bosones y fermiones se propagan de manera similar, pero diferente a los spines.


47. Esto se debe a una cosa llamada “relaciones de conmutación”, que los bosones y fermiones tienen y los spines no.



48. Los condensado Bose-Einstein son un ejemplo de sistema cuántico macroscópico.


49.  Los sistemas cuánticos pierden sus propiedades al interaccionar con el entorno, por un proceso llamado “decoherencia”.


50. La decoherencia es el principal escollo en los experimentos con efectos cuánticos en sistemas macroscópicos.


51. El premio Nobel de física de 2012 fue entregado por el desarrollo de técnicas para manipular sistemas cuánticos individuales.


52. Hay propuestas de crear superposición cuántica de sistemas vivos.

http://uds.ak.o.brightcove.com/105920850001/105920850001_774973619001_abstract-video-033015va-mov-converted.mp4


53. Los primeros experimentos sobre desigualdades de Bell (Entrelazamiento Cuántico) se realizaron en los 80s.


54. Durante más de 30 años se han realizado experimentos sobre entrelazamiento, pero todos tenían algún problema (‘loophole’).


55. En 2015 se realizó el primer experimento sobre entrelazamiento que afirmaba estar libre de loopholes. En 2016 el segundo.


56. El teletransporte cuántico nada tiene que ver con el teletransporte a lo ‘Star Trek’. Simplemente traslada un estado cuántico de sistema.


57. El estado de un sistema cuántico no se puede copiar. Existe un teorema de ‘no-clonación’.


58. El principio de incertidumbre NO ocurre porque al medir un sistema lo afectes. NO, NO, y NO.


59. Hay quien considera que hay un problema abierto llamado “El Problema de la Medida”. Muchos no lo consideran un problema real.


60. Según la física cuántica se pueden crear motores térmicos más eficientes que los clásicos.


61. Hay empresas (IBM, Google) que prometen que tendremos un ordenador cuántico operativo en la próxima década.


62. Según una encuesta realizada en 2013 la interpretación de Conpenhagen de la física cuántica es la favorita del 42% de expertos.




63. La interpretación de muchos mundos de la física cuántica fue propuesta por Hugh Everett en 1957.


64. Aunque Everett nunca habló de “muchos mundos”. Ese nombre fue acuñado por deWitt en los 60 y 70’s.


65. La interpretación de Everett fue poco aceptada y este cambió la investigación científica por la militar.


66. Ya en el siglo XXI ha aparecido una nueva interpretación de la física cuántica llamada Quantum Bayesianism (QBism).


67. Hay dos interpretaciones mayoritarias sobre el significado de la función de onda.


68. Hay quien piensa que la función de onda es una propiedad de un sistema. Otros que es una medida de la información que tenemos.


69. Schrödinger siempre rechazó la interpretación probabilística, y creía que la función de onda representaba una propiedad real.


70. Durante años los partidarios de la mecánica cuántica ondulatoria y la matricial lucharon entre sí, a pesar de ser equivalentes.


71. Schrödinger tuvo tuberculosis y estuvo ingresado. Fue entonces cuando formuló su famosa ecuación.


72. Tanto Schrödinger como Einstein defendieron la teoría ondulatoria hasta que murieron.


73. La física cuántica continuó al margen de su opinión. Al final les trataban como unos abueletes que no se actualizaban.


74. La constante fundamental en física cuántica es la de Planck. Juega un papel similar al de la velocidad de la luz en relatividad.


75. El significado de la constante de Planck es complicado de explicar. Tiene unidades de energía por tiempo.


76. Einstein recibió su premio Nobel por el efecto fotoeléctrico, no por la relatividad.


77. En la tumba de Schrödinger está grabada su fórmula.



78. La criptografía cuántica ya es comercial, y más segura que la tradicional (salvo libreta única, claro).


79. Feynman y Gell-Mann eran colaboradores y competidores.


80. Gell-Mann consideraba que Feynman se preocupaba demasiado por su imagen, y que no era tan bueno como decía.






81. Muchos científicos de la época consideraban que Feynman estaba demasiado valorado.


82. Al uso de números aleatorios generados por ordenador para el estudio de estadística se le denomina “Técnicas Montecarlo”.


83. Un ordenador clásico no puede generar números aleatorios per se, sólo puede crear números pseudoaleatorios a partir de una semilla.


84. Funciones de tres o menos variables se pueden integrar fácilmente mediante el método de Simpson.


85. En funciones multidimensionales el método de Simpson falla. Se pueden integrar mediante métodos Monte Carlo.


86. Existen generadores de números aleatorios cuánticos, que utilizan procesos intrínsecamente aleatorios para generar cadenas de bits.


87. China ha lanzado ya un satélite para realizar comunicaciones cuánticas.


88. Los primeros experimentos sobre comunicación cuántica con satélites se realizaron entre dos islas en Tenerife.


89. También se han realizado experimentos de comunicación cuántica tierra-avión.


90. La tesis de Feynman se titulaba "Principles of least action in quantum mechanics”.


91. Las técnicas Monte Carlo se pueden usar para calcular las integrales de camino de Feynman.


92. Las técnicas Monte Carlo también se han propuesto como método pedagógico para aprender estadística.

http://entangledapples.blogspot.com.es/2013/01/tecnicas-montecarlo-la-estadistica.html


93. Lise Meitner dirigió el proyecto que descubrió la fisión del uranio al recibir un neutrón. No recibió el premio Nobel.


94. El elemento número 109 fue nombrado “meitnerium" en honor a Lise Meitner.


95. En 2016 se realizó el Big Bell Test, el primer experimento sobre entrelazamiento cuántico a nivel mundial.


96. Se pueden detectar fotones individuales con el ojo desnudo.


97. Se puede ver la fluorescencia de un solo átomo con un microscopio.


98. El Dalai Lama viajó a Innsbruck a ver un átomo en el laboratorio de Anton Zeilinger.


99. El español Ignacio Cirac es firme candidato al Nobel por sus trabajos en computación cuántica. No pierde el tiempo en Twitter como otros.


100. La física cuántica es usada continuamente en pseudociencias y estafas como la bioneuroemoción, la medicina cuántica o el coaching.


101. Cada vez que han hablado sobre física cuántica en Cuarto Milenio ha subido el pan, menos cuando fue Cirac.


102. Recientemente se ha demostrado que hay un problema de física cuántica irresoluble.


103. Existe un laboratorio de física cuántica virtual accesible a todos.

http://entangledapples.blogspot.com.es/2015/09/un-laboratorio-de-fisica-cuantica-para.html


104. Se puede medir la constante de Planck con un kit Lego que cuesta menos de 200 euros.


105. Recientemente se han propuesto modelos de inteligencia artificial en ordenadores cuánticos.


106. Las simetrías juegan un papel principal en física cuántica debido al teorema de Noether.


107. Un sistema cuántico desconocido no se puede determinar con fiabilidad.


108. Existe un concurso anual de cortometrajes sobre física cuántica, “Quantum Shorts”. Lo organiza el Center for Quantum Technologies


109. Los bosones commutan, los fermiones anticonmutan.


110. Para generar en ordenador números aleatorios gaussianos se utiliza la transformada de Box–Muller.


111. Existe la transformada de Fourier cuántica, y es pieza clave para muchos algoritmos cuánticos.


112. La máquina D-Wave no es un ordenador cuántico universal.


113. Uno de los algoritmos más usados en el mundo es la transformada rápida de Fourier (FFT).


114. Con la FFT se codificaba y descodificaba el Canal Plus.


115. Las matrices con muchos ceros se denominan “Sparse” y hay muchos algoritmos específicos para trabajarlas.


116. El estado de un bit cuántico (qubit) se puede visualizar mediante la esfera de Bloch.


117. El estado de un qubit se puede parametrizar mediante ángulos de Euler, como los puntos en la superficie de una esfera.


118. Por eso una transformación en un qubit se suele llamar “rotación”.


119. Se puede definir un conjunto de 3 números “imaginarios” $i,j,k$, tales que $i^2=j^2=k^2=ijk=-1$. Esto se denomina cuaternión.


120. Los cuaterniones se utilizan en física cuántica debido a su relación con las simetrías.


121. En la serie de cómics Watchmen aparece un súper-héroe con poderes inspirados en la física cuántica: El doctor Manhattan.


122. Además del entrelazamiento hay otra propiedad cuántica menos conocida, la contextualidad cuántica.


123. Uno de los investigadores más importantes sobre contextualidad cuántica del mundo es español y trabaja en @unisevilla, Adán Cabello.


124. Planck introdujo la cuantización de la luz como una medida desesperada, pero no creía que la luz estuviera compuesta de partículas.


125. Existen detectores de fotones individuales que tienen una precisión superior al 90%.


126. Recientemente han derivado las leyes de la termodinámica partiendo de la física cuántica.


127. Los efectos cuánticos en el cerebro planteados hasta el momento no tienen fundamento.


128. En el olfato sí que parece que hay efectos cuánticos (efecto túnel).


129. Hay diversos modelos de computación cuántica, incluyendo la computación cuántica unidireccional y la computación cuántica adiabática.


130. Si haces física computacional cuántica te pasas el día diagonalizando matrices.


131. Un modelo muy útil en física computacional es el caminante aleatorio.


132. Existen varios modelos de caminantes aleatorios cuánticos.


133. Un caminante aleatorio clásico se desplaza con una varianza proporcional al cuadrado del tiempo. (Erratum: Un caminante aleatorio clásico se desplaza con una varianza proporcional a la raíz cuadrada del tiempo.)

134. Un caminante aleatorio cuántico se desplaza con una varianza proporcional al tiempo.


135. Se especula que la alta eficiencia de los sistemas fotosintéticos es debido a efectos cuánticos.


136. Esto ocurre incluso en sistemas sometidos a una radiación incoherente como la del Sol.




137. Se ha diseñado genéticamente un organismo para mejorar sus propiedades de transferencia de energía usando efectos cuánticos.


138. El entrelazamiento se puede pasar de un sistema a otro. Esto se llama “Entanglement Swapping”.


139. Esto se puede hacer incluso en sistemas que existían en el pasado.


140. Hay propuestas teóricas según las cuales el entrelazamiento y los agujeros de gusano son la misma cosa (ER=EPR).


141. La paradoja cuántica de los agujeros negros se basa en qué ocurre con la información de los sistemas que pasan un horizonte de sucesos.


142. Stephen Hawking NO ha resuelto la paradoja cuántica de los agujeros negros (por ahora).


143: Hay mucha más gente interesada en física computacional y cuántica de la que imaginaba cuando empecé este hilo :D


144. Un caminante aleatorio cuántico permite buscar un nodo más rápido que uno clásico.


145. Esto ocurre incluso en hipercubos (de d-dimensiones).


146. Los caminantes aleatorios cuánticos se pueden utilizar también para realizar muchos algoritmos cuánticos.


147. El algoritmo de Deutsch–Jozsa permite saber si una función es constante (da siempre 0 ó 1) o balanceada (mitad 0 y 1) con 1 solo input.


148. Schrödinger fue ‘invitado especial’ en la serie Futurama.





149. En Futurama hubo chistes sobre física cuántica, incluyendo observar el final de una carrera con un microscopio.






150. También en Futurama había una cerveza llamada “St Pauli Exclusion Principle”.





151. Los algoritmos cuánticos en realidad no está demostrado que sean mejores que los clásicos. Sólo son mejores que los clásicos conocidos.


152. Probar que un algoritmo cuántico es mejor que todos los clásicos es, hoy por hoy, imposible. (¿¿P!=NP??)


153. El físico cuántico Ettore Majorana desapareció misteriosamente en 1938. Hay muchas hipótesis que incluyen el suicido y el secuestro.


154. Enrico Fermi consideraba a Majorana un físico al nivel de Newton o Galileo.


155. Los fermiones tienen spin semientero (1/2, 3/2, 5/2, …), los bosones tienen spin entero (0, 1, 2, 3, …).


156. IBM hizo una película con átomos: “Un niño y su átomo”.





157. Se ha realizado una fotografía de la “sombra” de un átomo.

https://phys.org/news/2012-07-photo-shadow-atom.html



158. Schrödinger salió en un billete.





159. Si tienes la descripción matemática de un estado cuántico saber si está entrelazado o no es muy complicado.


160. Por eso se desarrollan métodos como “criterios de separabilidad” o “evidencias de entrelazamiento”. Sólo son exactos en casos simples.


161. Las desigualdades de Bell, al ser violadas, prueban que el mundo es no-local o bien que hay aleatoriedad.


162. Las desigualdades de Bell también son un criterio de separabilidad, ya que sólo pueden ser violadas por estados entrelazados.


163. El primer criterio de separabilidad que funcionó para un conjunto entero de estados fue el de Peres-Horodewki.


164. En mi tesis doctoral me referí al criterio de Peres-Horodecki como “criterio de Peres “ y Horodecki me mandó un mail protestando.


165. Los Horodecki son una familia (>3) que trabaja en física cuántica. Es muy complicado citarlos sin liarte.


166. En ciencias de la computación hay una rama llamada “Teoría de la complejidad".


167. En la teoría de la complejidad juega un papel primordial la “Complejidad de Kolmogorov”.


168. La complejidad de Kolmogorov se define como el programa más simple que puede resolver un problema.


169. En computación cuántica también hay una teoría de la complejidad 



170. También existe la Complejidad de Kolmogorov Cuántica. 



171. La complejidad de los algoritmos se clasifica en el llamado “Zoo de la Complejidad”.



172. La distancia de Planck es de 1.616229(38)×10^(−35) metros.


173. Ising se deprimió al no encontrar transición de fase en su modelo y abandonó la investigación por la enseñanza secundaria.


174. Las hipótesis de Penrose sobre el ‘cerebro cuántico’ fueron refutadas por Max Tegmark usando modelos de decoherencia.


174b. En 2013 Seth Lloyd publicó un artículo según el cual el universo entero se puede considerar un ordenador cuántico.


175. En 2016 Lloyd propuso una ‘Máquina Enigma Cuántica’.


176. Un estado cuántico no se puede medir, eso hace la corrección de errores en ordenadores cuánticos muy difícil.


177. Se ha desarrollado un campo para resolver esto, llamado “Quantum Error Correction”.


178. Se ha desarrollado una teoría de “redes cuánticas” que permite la comunicación cuántica entre puntos aleatorios.


179. También se ha desarrollado una teoría de la percolación cuántica, estudiando como el entrelazamiento se propaga en una red.


180. También existen “Repetidores Cuánticos” usados para recuperar un estado en una comunicación unidireccional.


181. Los repetidores cuánticos no se pueden usar en redes por el Teorema de no-clonación.


182. El Teorema de No-Clonación es muy sencillo de demostrar. Basta con álgebra a nivel de secundaria.


183. Un teorema esencial en computación cuántica es el teorema de Solocay-Kitaev. Este NO es fácil de demostrar.


184. Los algoritmos cuánticos se representan usando líneas para los qubits y rectángulos para las operaciones.



185. Este es el diagrama del algoritmo de Shor, que sirve para factorizar números.




186. En teoría de la información la entropía de Shannon juega un papel primordial.


187. Por supuesto también existe la entropía de Shannon cuántica.


188. Hay quien incluso ha usado la entropía de Shannon cuántica para estudiar átomos. 



189. Definir la complejidad en sistemas con variables continuas es difícil y hay varias propuestas. Esta es la mía.



190. La Información de Fisher te permite cuantificar cuanta información lleva una variable aleatoria X sobre un parámetro Y de su f.d.p.


191. Existe la Información de Fisher Cuántica. Juega un papel fundamental en metrología.


192. Recientemente se ha utilizado para diseñar el termómetro más pequeño y sensible.


193. Se ha creado un motor térmico con un solo átomo.



194. El motor térmico de un solo átomo no mejora a los clásicos.


195. La interpretación ontológica de la física cuántica considera la función de onda como una propiedad de los sistemas.


196. La interpretación epistemológica de la física cuántica considera la función de onda como el conocimiento que tenemos de un sistema.


197. Si se imponen condiciones se pueden testar estas interpretaciones experimentalmente. 



198. Hay estudios sobre como se propagaría la información en una red social (como Twitter) cuántica. 



199. También se han propuesto recientemente modelos de redes neuronales cuánticas.


200. Un reloj atómico utiliza la frecuencia de resonancia para medir el tiempo.


201. Un reloj atómico puede tener un error menos a un segundo cada 30.000 años.


202. Hay muchos métodos diferentes para simular sistemas cuánticos en contacto con un entorno (también cuántico).


203. Este campo se denomina ‘Open Quantum Systems’ (Sistemas cuánticos abiertos).


204. La termalización de un átomo en contacto con un baño térmico es un problema que todavía tiene muchos matices.


205. El Premio Nobel Antony Legget propuso un modelo de sistema cuántico interaccionando con su entorno.



206. La simulación de sistemas cuánticos que interaccionan con sistemas clásicos tampoco está del todo bien definida.


207. Un profesor de @UGRdivulga tiene un modelo propio de sistemas clásicos-cuánticos. 



208. El Principio de Incertidumbre se debe a que variables conjugadas no pueden estar bien definidas simultáneamente.


209. Las variables conjugadas posición y momento se relacionan mediante la transformada de Fourier.


210. La función de Wigner trata de almacenar toda la información sobre el momento y la posición simultáneamente.


211. Para calcular la órbita de un cohete se puede usar el algoritmo de Runge-Kutta de cuarto orden. 



212. En la mayoría de los problemas físicos al resolverlos numéricamente hay que elegir sabiamente las unidades, evita errores de redondeo.


213. Al simular el sistema solar se suelen usar unidades astronómicas como unidad de distancia, y como masa la del Sol.


214. En física atómica es común usar unidades atómicas. La constante de Planck, la de Coulomb, y la masa  y carga del electrón valen todos 1.


215. En física de partículas se hacen 1 la constante de Planck y la velocidad de la luz.


216. Con MonteCarlo se puede calcular  Pi de manera muy sencilla. Aquí una aplicación hecha por @Phoenix_Alx.



217. Margaret Hamilton está considerada la primera ingeniera de Software por su trabajo en las misiones Apollo. 



218. Uno de los algoritmos de ordenación más famosos es el algoritmo de la burbuja.



219. Y uno de los algoritmos de ordenación más usados es quick-sort.





220. Se han utilizado bailarines para explicar los algoritmos de ordenación.




221. Para calcular el error en simulaciones numéricas se utiliza el Teorema del Límite Central.

https://en.wikipedia.org/wiki/Central_limit_theorem


222. Para estudiar la propagación de errores se pueden utilizar técnicas Monte Carlo.


223. Todavía se enseña la fórmula de lineal de propagación de errores sin explicar sus limitaciones. Esto lleva a resultados absurdos.


224. Un algoritmo sencillo y útil para resolver ecuaciones es el de la bisección.


225. Hay dos ecuaciones cuánticas relativistas equivalentes a la de Schrödinger. La de Klein-Gordon y la de Dirac.


226. El Principio de Exclusión de Pauli establece que no puede haber dos fermiones con todos sus números cuánticos idénticos


227. Los bosones por otro lado sí que pueden ocupar el mismo estado.


228. El Principio de Exclusión de Pauli es el responsable de que tengamos condensados de Bose-Einstein, pero no de electrones.


229. Los bosones siguen la estadística  Bose-Einstein.


230. Los fermiones siguen la estadística de Fermi-Dirac.


231. La teoría que explica la superconductividad a baja temperatura se denomina BCS por Bardeen–Cooper–Schrieffer.


232. Bardeen, Cooper, and Schrieffer propusieron su teoría en 1957. Recibieron el Nobel en 1972.


233. La teoría BCS se basa en que a bajas temperaturas los electrones forman pares denominados “pares de Cooper”.


234. Los pares de electrones se comportan como bosones y forman un condensado. Este fluye sin resistencia.


235. El efecto Meissner es la expulsión de un campo eléctrico por un superconductor.


236. El efecto Meissner produce levitación.





237. La levitación por superconductores se puede utilizar para fabricar trenes como este.





238.  Los superconductores normales deben estar a temperaturas por debajo de los 30K. Esto se consigue con Helio líquido.


239. También hay superconductores de alta temperatura, que pueden estar a temperaturas >130K.


240. Como sé que os gustan los cotilleos ahí va uno: Schrödinger estuvo un tiempo viviendo con su mujer y su amante.


241. La tesis de De Broglie sobre las ondas de materia fue considerada interesante pero sin relación con el mundo real.


242. Las ondas de materia se demostraron mediente experimentos de difracción de electrones.



243. Hay muchos sistemas que compiten por ser la base física del ordenador cuántico.


242b. Una de los sistemas más populares en computación cuántica son los iones atrapados en trampas magnéticas.


243b. En 1995 Cirac y Zoller demostraron que con iones se pueden realizar todas las operaciones necesarias para la computación cuántica.


244. El artículo se titulaba "Quantum Computations with Cold Trapped Ions” y es el que podría darle el Nobel a ambos.


245. Después de trabajar con Zoller Cirac se mudó al Max Planck de Garchin. Ambos grupos colaboran y compiten.


246. Uno de los investigadores en iones más importante es Rainer Blatt, que trabaja en el mismo instituto que Zoller.


247. Muchos estudios relevantes son hechos por la colaboración de ambos grupos (Blatt y Zoller).


248. Otro sistema muy importante en información cuántica son los fotones. Como viajan a la velocidad de la luz se usan para transmitir info.


249. Los fotones se usan, por ejemplo, para experimentos de entrelazamiento en los que hay dos laboratorios separados.


250. Los fotones son también el sistema principal para la criptografía cuántica. La información se almacena en su estado de polarización.


251. La base de la criptografía cuántica es que un espía al intentar leer la clave la cambiaría, y eso se puede detectar.


252. Uno de los investigadores más importantes en fotónica es Anton Zeilinger, de la Universidad de Viena.


253. Zeilinger ha realizado muchos experimentos de entrelazamiento.


255. Actualmente Zeilinger es el presidente de la academia austriaca de ciencias.


256. Zeilinger bebe más cerveza que todos los que estáis leyendo esto juntos.


257. Otro sistema muy usado actualmente en computación cuántica son los superconductores.


257. Otro sistema muy usado actualmente en computación cuántica son los superconductores.


258. SQUID significa "superconducting quantum interference device” o interferómetro cuántico superconductor.


259. Los SQUID han sido usado principalmente para medir campos magnéticos con gran precisión.


260. La máquina D-Wave se basa en qubits superconductores.


261.D-Wave no es un ordenador cuántico universal. Sólo puede hacer una operación que se denomina Quantum Annealing.


262. El Quantum Annealing se basa en utilizar el efecto túnel para encontrar el mínimo de una función.



263. Los físicos que trabajan con iones se pasan el rato riéndose de los que trabajan con superconductores.


264. Sobre este tema escribí recientemente un artículo en @JotDownSpain.

http://www.jotdown.es/2017/04/la-carrera-ordenador-cuantico/


265. Otro sistema muy popular actualmente son los centro nitrógeno-vacante.




267. Los CNV se usaron (junto a fotones) en el primer experimento de entrelazamiento libre de loopholes.

https://mappingignorance.org/2016/08/08/delft_experiment/


268. El segundo experimento de entrelazamiento libre de loopholes lo realizó Zeilinger con fotones.

https://mappingignorance.org/2016/11/28/the-vienna-experiment/


269. Al primer experimento (Delphs) se le ha criticado la pobre estadística. Están repitiéndolo actualmente.


270. Al segundo experimento (Zeilinger, Viena) se le ha criticado que usaron una desigualdad de Bell poco convencional.


271. Mi predicción es que Zeilinger se llevará el próximo premio Nobel que caiga en cuántica, junto a Aspect.


272. Aspect realizó los primeros experimentos sobre entrelazamiento en la década de los 80 durante su tesis doctoral.


273. John Bell era físico de partículas. Decía que pensar en fundamentos de la física era un hobby al que no dedicaba más del 10% de tiempo.


274. Los ordenadores cuánticos son también muy útiles en química, al poder calcular propiedades de moléculas complejas.


275. Para generar números aleatorios siguiendo una distribución arbitraria se puede usar el algoritmo de Metrópolis.


276. El algoritmo de Metrópolis se basa en un caminante aleatorio.


277. El problema del algoritmo de Metrópolis es que genera números fuertemente correlacionados.


278. El algoritmo de Metrópolis se utiliza mucho en física de la materia, para generar por ejemplo estados térmicos.


279. Para generar estados cuánticos térmicos no hay un algoritmo de Metrópolis cuántico, sino dos.


280. Existen los algoritmos Quantum Metropolis y Quantum-Quantum Metropolis.


281. Quantum Metropolis genera estados siguiendo una distribución térmica. Quantum-Quantum además es más eficiente que el clásico.


282. El algoritmo de Quantum-Quantum Metropolis se lo debemos a @A_Aspuru_Guzik.


282b. En dos semanas tenemos un maravilloso congreso sobre física cuántica en Granada. [Ya pasado]

http://ergodic.ugr.es/cp/index.php?pag=participants


283. La ecuación de Schrödinger en átomos sólo se puede resolver analíticamente en el caso del hidrógeno.


284. Para átomos multielectrónicos hay que recurrir a métodos numéricos como Hartree-Fock.


285. Muchos métodos numéricos de resolución de la Ecuación de Schrödinger se basan en que no hay entrelazamiento.


286. En sistemas monodimensionales sí hay muchos casos en los que se puede resolver la ecuación de Schrödinger de manera analítica.


287. También hay muchos casos en los que no. En sistemas monodimensionales de 1 partícula la solución numérica no requiere aproximaciones.


288. Otro método numérico muy usado para calcular funciones de onda es el método variacional.


289. Como bien me recuerdan otro método numérico para calcular funciones de onda es el DFT (Density Functional Theory)


290. DFT es muy usado en el estudio de moléculas complejas, que tienen muchos grados de libertad.


291. Un teorema matemático esencial en física cuántica es el Teorema Espectral.


292. Los estados de los sistemas cuánticos pertenecen a espacios matemáticos llamados “Espacios de Hilbert”.


293. En 1939 Dirac propuso una notación para la física cuántica denominada “notación bra-ket” (o simplemente "notación de Dirac").


294. La notación de Dirac se utiliza en todos lados, pero es esencial en información y computación cuántica.


295. Este es el corto que ganó la edición de 2016 de Quantum Shorts.

NOVAE - An aestethic vision of a supernova from Thomas Vanz on Vimeo.


296. Este cortometraje español sobre física cuántica ha quedado finalista en varios concursos.





297. Y finalmente este corto sobre Heisenberg ganó el concurso de 2012.

Heisenberg from seth w on Vimeo.


298. Heisenberg estuvo preso en Inglaterra después de la 2ª guerra mundial.


299. Heisenberg estuvo al mando del proyecto alemán para fabricar la bomba atómica.


300. La Alemania nazi intentó evitar la enseñanza de la física cuántica al ser considerada una “teoría judía”.


301. El Proyecto Manhattan se llama así porque en principio se iba a realizar en NYC.


302. Roy Glauber es el último superviviente del proyecto Manhattan.


303. Glauber recibió el premio Nobel en 2005 por sus trabajos en óptica cuántica.


304. Glauber ha realizado un documental titulado “That’s the story” donde cuenta su experiencia en el proyecto Manhattan.


305. Este es trailer del documental “That’s the story”.





306. Glauber también pensaba que Feynman era un pesado y que se inventaba historias para hacerse notar.


307. Oppenheimer fue el Primer Director del Laboratorio Nacional de Los Álamos.


308. El Premio Enrico Fermi lo da el Gobierno de los EE.UU, a científicos por sus investigaciones sobre energía.


309. Feynman tenía una furgoneta hippy. Esta apareció en un capítulo de The Big Bang Theory y fue quemada.




310. El físico cuántico Vlatko Vedral fue entrevistado por Punset en Redes.





311. Vedral también está considerado un tipo un poco cargante.


312. Seth Lloyd escribió en 2006 un libro para el público general: "Programming the Universe”.


313. La estructura de bandas de un transistor sólo de puede explicar con física cuántica.


314. Un método muy usado para resolver problemas de física cuántica y clásica es el “método de las perturbaciones".


315. El método de las perturbaciones se basa en dividir un problema díficil en dos partes, una que sabemos resolver y otra que “perturba”.


316. Muchos métodos numéricos se basan en la utilización de un desarrollo en serie de Taylor.


317. El súperordenador proteus de @CanalUGR tiene una capacidad de cómputo de 2.7 Teraflops



318. El uso de Proteus se puede monitorizar desde esta web. Tiene un total de 1452 CPUs



319. Tanto en física clásica como cuántica es muy común el uso de ‘sistemas abiertos’.


320. Un sistema se considera abierto cuando está en contacto con otro sistema que no podemos describir completamente.


321. Por ejemplo, un motor en contacto con la atmósfera. Describir todos los grados de libertad de la atmósfera es imposible.


322. Por eso hay que utilizar modelos efectivos con los sistemas abiertos.


323. Un ejemplo de sistema cuántico ‘abierto’ es un átomo en interacción con la radiación electromagnética.


324. Un modelo se denomina Markoviano cuando su estado sólo depende de su estado inmediatamente anterior (no tiene memoria).


325. El modelo cuántico Markoviano más general viene dado por la ecuación de Lindblad.



326. Un caminante aleatorio es también un ejemplo de markovianidad, ya que no tiene memoria.


327. Hay modelos de sistemas cuánticos mucho más complejos que la ecuación de Lindblad.


328. Otro concepto importante tanto en física clásica como cuántica es el de baño térmico.


329. Un baño térmico es un sistema imaginario que puede ceder o absorber energía sin cambiar su temperatura.


330. No existen baños térmicos reales, ya que no hay sistemas infinitos, pero algunos se aproximan mucho (el mar, la atmósfera, …)


331. La termalización es el proceso de alcanzar una determinada temperatura al estar en contacto con un baño térmico.


332. En sistemas clásicos la termalización está mucho mejor entendida que en sistemas cuánticos.


333. En sistemas cuánticos existe la "Hipótesis de Termalización de Autoestados”, pero hay contraejemplos.



334. En un sistema cuántico definir magnitudes termodinámicas como “temperatura” o “trabajo” no es nada fácil.


335. Los electrones de los átomos pueden excitarse al absorber un fotón de la energía apropiada.


336. Un electrón que se encuentra en un estado excitado puede bajar a un estado de menor energía emitiendo un fotón.


337. Si al menos un electron de un átomo se encuentra en un estado excitado de mucha energía se denomina un “átomo Rydberg”.


338. Los átomos Rydberg son muy interesantes porque tienen propiedades muy exóticas como su momento magnético.


339. Los electrones en órbitas más energéticas se comportan de manera cuasiclásica.


340. Paradójicamente, los estados altamente excitados de los átomos tienen más entrelazamiento, que es una propiedad puramente cuántica.


341. Un neutrino puede atravesar kilómetros de plomo sin desviarse ni absorberse.


342. Se piensa que los neutrinos tienen masa ya que presentan oscilaciones.


343. El spín es una propiedad intrínseca de las partículas, no se debe a la rotación.


344. si el espín se debiera a la rotación de un electrón sobre su eje, para el tamaño máximo de este debería rotar más rápido que la luz.


345. La manipulación de espines para realizar tareas se denomina “Espintrónica".


346. Spintrónica es también un libro de ciencia ficción, con mutantes, ordenadores cuánticos y dioses genocidas. 



347. Los protones y neutrones están formados de quarks.


348. Hay muchos estudios relacionando la termodinámica con la teoría de la información.


349. La entropía de Shannon mide la incertidumbre de una fuente de información.


350. La entropía de Boltzmann mide cuantos microestados corresponden a un macroestado.


351. La entropía de Shannon y la de Bolztmann son equivalentes matemáticamente.


352. El Demonio de Maxwell es un ser imaginario que pasar partículas de un lado a otro de una caja. Viola así el 2º principio de la termo.


353. Las cavidades cuánticas son espejos que pueden contener la luz.


354. Las cavidades cuánticas también pueden contener átomos, y estod interaccionar con la luz.


355. El benceno es una molécula altamente simétrica.


356. Por cada partícula existe una antipartícula.


357. La antipartícula del electrón es el positrón.


358. Ya se ha conseguido hacer átomos de anti hidrógeno, con un positrón y un antiprotón.


359. Los antiátomos permiten realizar experimentos como comprobar si la materia y la antimateria se comportan igual con la gravedad.


360. También pueden existir antimoléculas, pero son difíciles de conseguir.


361. La materia al interactuar con la antimateria genera fotones y desaparecen.


362. El Principio de incertidumbre de Heisenberg no sólo afecta a la posición y al momento. Afecta a muchas otras variables.


363. El principio de incertidumbre viene dado por una desigualdad. Un estado que consigue saturar esa desigualdad se denomina “squeezed”.


364. Los estados squeezed son muy útiles, ya que permiten reducir la incertidumbre de un parámetro a costa de aumentar la de otro.


365. Un ejemplo de estado squeezed es el estado fundamental del oscilador armónico.

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