Física quàntica _TDR_4tESO_2023-2024

Física quàntica

Física quàntica

LED

Criptografia

Quibit

Aplicacions en l'actualitat

Transistors

Computació quàntica

Efecte túnel

qubit

Qubit (bit quantic): Per poder comprendre alguns dels següents apartats, hem de saber primer el significat de "qubit". Un qubit, o bit quàntic, és la unitat bàsica d'informació en la computació quàntica. A diferència d'un bit clàssic que només pot ser 0 o 1, un qubit pot ser 0, 1, o una combinació dels dos al mateix temps gràcies a la mecànica quàntica. Propietats principals dels qubits: Superposició: Un qubit pot estar en un estat que és una barreja de 0 i 1 al mateix temps. Això permet que els ordinadors quàntics facin moltes més operacions alhora. Enllaçament: Els qubits poden estar connectats de manera que l'estat d'un afecta l'altre, fins i tot si estan molt lluny. Això es coneix com a enllaçament quàntic. Mesura: Quan es mesura un qubit, es col·lapsa en un dels dos estats (0 o 1). La probabilitat de cada resultat depèn de l'estat de superposició del qubit abans de la mesura.

Transistors

Els transistors són la base de tots els dispositius electrònics moderns, incloent ordinadors, smartphones i altres dispositius. Utilitzen materials semiconductors que permeten controlar el flux d'electrons de manera precisa. L'efecte túnel quàntic permet que els electrons travessin barreres energètiques, fet essencial per al funcionament dels transistors a escala nanomètrica. Aquest principi permet la miniaturització dels components electrònics i augmenta la seva eficiència.

Efecte túnel: En mecànica quàntica, l'efecte túnel és un fenomen quàntic pel qual una partícula viola els principis de la mecànica clàssica penetrant una barrera de potencial o impedància més gran que l'energia cinètica de la partícula mateixa. Podríem dir que l’efecte túnel és com un truc de màgia. Imagina una pilota davant d'una paret alta. En el món clàssic (el que podem observar a simple vista), la pilota no pot travessar la paret a menys que salti per sobre. Però en el món quàntic, la pilota té una petita probabilitat de "teletransportar-se" a l'altre costat de la paret sense saltar. En els dispositius electrònics, com els LEDs i els transistors, aquest fenomen permet que els electrons passin a través de barreres energètiques molt petites. Això fa que aquests dispositius funcionin millor i siguin més eficients, fins i tot quan les barreres semblen impossibles de superar segons la física clàssica.

Computació quàntica

Els ordinadors quàntics aprofiten els qubits, que poden representar simultàniament els estats 0 i 1 gràcies al fenomen de la superposició quàntica explicat anteriorment. A més l'entrellaçament quàntic permet que els qubits estiguin interconnectats de manera que el canvi d'estat d'un afecta immediatament els altres. Això possibilita la resolució de problemes matemàtics complexos de manera molt més ràpida que amb els ordinadors clàssics, així com la simulació de processos químics o la resolució d'algorismes de criptografia.

Criptografia

La física quàntica ha avançat molt en les comunicacions i la seguretat de la informació. Les xarxes quàntiques utilitzen fotons en estats especials per enviar dades de manera molt segura. Aquestes tecnologies es basen en principis com la superposició i l'entrellaçament, que ofereixen nivells de seguretat molt alts. Criptografia Quàntica: Un exemple conegut és la distribució de clau quàntica (QKD). Aquí, els fotons s'utilitzen per crear claus criptogràfiques de manera segura. Si algú intenta interceptar aquesta clau, els fotons canviaran de manera que s'alerti la presència de l'espia. Això permet als usuaris comunicar-se amb seguretat sense preocupar-se de l'intercepció. Xarxes de Comunicació Quàntica: Aquestes xarxes estan dissenyades per garantir que les dades enviades romanguin segures i confidencials. Utilitzen l'entrellaçament quàntic per evitar que algú intercepti les dades sense ser detectat. Això és molt útil per a transaccions bancàries, comunicacions governamentals i altres situacions on la seguretat és crítica. Aplicacions i Beneficis: Aquestes tecnologies protegeixen la informació sensible i les comunicacions personals contra atacs de hackers i altres amenaces. A mesura que la tecnologia avança, la criptografia quàntica es torna encara més important per mantenir la seguretat en un món digital cada cop més complex. Aquestes innovacions en comunicacions i criptografia quàntica estan canviant la manera com protegim i compartim la informació, oferint un nivell de seguretat mai abans vist.

LED

Els LEDs (Light emitting diode) i les pantalles de punts quàntics són tecnologies que fan servir principis molt avançats de la física per millorar la llum que veus en els teus dispositius electrònics com ara televisions i smartphonespp Els LEDs funcionen com petites "bombetes" que, en lloc de filament com en les bombetes tradicionals, utilitzen materials especials anomenats semiconductors. Aquests materials converteixen electricitat en llum de manera molt eficient, gràcies a la física quàntica. Els electrons dins d'aquests semiconductors han de superar una mena de barrera per produir llum, un fenomen complicat però essencial que es coneix com a efecte túnel. D'altra banda, les pantalles de punts quàntics fan servir petites partícules anomenades punts quàntics per crear colors molt nítids i brillants a la pantalla. Aquests punts quàntics poden ser ajustats per emetre colors específics, millorant la qualitat d'imatge i permetent colors més vius comparat amb altres tecnologies. En resum, la física quàntica és la base d'aquestes innovacions tecnològiques que ens ofereixen llums més brillants, colors més realistes i dispositius electrònics més eficients energèticament.

fi