Soy profesor Miguel Ángel Martín Delgado,
y les voy a presentar el modelo de Metrología
y sensórica cuántica del Máster de Metrología de la UNED.
Esta va a ser la parte uno luego veremos la parte
de los desarrollados.
Este es el índice de la de las partes uno 2,
pero realmente en vez de, en vez de discutir en detalles
todo lo que voy a hacer es pasar directamente
a cada uno de ellos desarrollarlo dentro de este módulo de,
de del Máster de Metrología, dedicado a metrología,
y sensórica cuanto bien antes de nada,
una pequeña apunten bibliográfico.
La mayor parte de lo que voy a contar es autocontenido,
pero también hay unos recursos que pueden ser útiles
para algunas partes concretas.
Hay un libro que he escrito en colaboración con dolores del campo,
de que se llama, que es el nuevo sistema internacional
de unidades de medida, donde hay mucha metrología cuántica,
hay un libro técnico de la extinguir verla, y también hay un.
Hay un artículo de divulgación gratuito,
que es el que presentó la tercera línea bien.
La primera, para empezar,
como a modo de introducción lo que me interesa mandar,
es un primer mensaje
sobre que cómo aparece la cuántica en relación con la metrología
desde un punto de vista fundamental.
La la metrología,
la la cuántica es la teoría física más metrológica que existe.
Esto es, esto es un hecho muy importante,
porque en la cuántica la medida es parte de las leyes
de la mecánica cuántica, y eso no ha sucedido antes.
Las leyes clásicas,
la medida no está a nivel de una ley per se,
y aquí si en la mecánica cuántica es la ley de la medida,
por lo tanto, como la metrología es la ciencia de la medida,
pues vemos una distinción muy clara a nivel fundamental,
pero esto que es un poco abstracto,
lo que lo que voy a hacer es desarrollarlo
con hechos concretos.
Lo primero que quiero llamar la atención es que la una
de las características principales de la de la física cuántica
es la naturaleza discreta, de muchas magnitudes físicas,
como la energía.
Así es como se descubrió primeramente la física cuántica
viendo que la energía de las partículas
esta discreta no tomaba los discontinuos,
sino que son saltos de energía en los niveles atómicos
en los fotones de la luz.
También sucede con el momento angular orbital
de la partícula que no puede, que es la cantidad de giro
que tiene la partícula y ese vector no puede orientarse
en cualquier dirección.
Están discret quizás lo mismo sucede con el espín
de la partícula que en su momento di paular magnético,
que también está disquete a su dirección.
Por lo tanto, lo que vemos es una propiedad importante.
El carácter discreto de estas magnitudes físicas,
cuánticas, se presta a una mejor medición experimental,
que si fuesen magnitudes continuas,
como la física clásica.
Por lo tanto, podemos asociar la cuántica con el mundo digital,
y la física clásica, con el mundo analógico,
y a nadie se le escapa que todo lo que es digital se presta
a una mayor, una mayor precisión, manipulación, rapidez;
eso por un lado.
Por otro lado,
las magnitudes cuánticas son muy sensibles
a los efectos perturbadores del del medio que les rodea,
y esto va a dar lugar a esta sensibilidad.
Se vuelve de gran utilidad para hacer sensórica,
que es la otra parte de este módulo que es;
consiste en medir con sensores cuánticos,
propiedades, como campo gravitatorio, eléctricos magnéticos,
etcétera.
En cuestión de sensores -cuánticos vemos lo
que lo que se trata aquí es de un caso de serendipia,
es decir, hacer de la necesidad virtud de hacer algo
que es una propiedad aparentemente negativa por el hecho
de que los los sistemas cuántico son muy frágiles,
sea se interacciona,
interacción muy fácilmente con el ambiente que le rodea,
justamente para hacer sensórica eso es una virtud,
y justamente eso es lo que se esa, esa virtud de ser frágil por acoplo
con el ambiente se utiliza para hacer sensores muy sensibles,
más que los clásicos, estos sensores cuánticos
de los cuales ahí vemos algunas algunas expresiones
nos van a permitir, están permitiendo medir vacíos debajo
del suelo y para la detección de disposición de depósitos minerales,
y también se están utilizando para proporcionar el diagnóstico
no invasivo en zonas dañadas o enfermas
o para monitorizar el actividad cerebral de forma no invasiva
gracias a estas propiedades cuánticas.
Aquí vemos algunas de las dispositivos de Metrología,
cuántica, que vamos a ir viendo poco;
la segunda parte que en la cual la de manera práctica,
la cuántica entronca con la metrología,
metrología es, a través del principio de indeterminación dejáis.
En ver qué nos dice esto es una, no desde el punto de vista
de la metrología es una novedad porque nos dicen que la posición
de una partícula se puede medir con precisión arbitraria,
pero a costa de aumentar, la indeterminación en la cantidad
de movimiento de esa partículas en la velocidad,
es decir, que si yo conozco muy bien la oposición
desconozco la la velocidad, y eso es debido a esta relación
famosa dejáis en ver dónde, del tabú seres del orden de hp Etxebarria,
a la constante de plan, que es la que fija la escala del mundo,
cuántico.
Eso mismo también sucede con con magnitudes
como la energía y el tiempo, y es una novedad metodológica
porque antes en la física clásica todas las matrículas variables
se pueden determinar con arbitraje, con precisión arbitraria.
Esto ahora deja de ser cierto
y está condicionada a estas.
Estas parejas de variables conjugadas eso va a ser muy importante
y va a ser un recurso.
En segundo recurso que vamos a utilizar en Metrología
cuántica, sensórica justamente esta,
estas 2.
Estos dos casos concreto de efectos cuánticos en Metrología
ha dado lugar a las lo
que se llama la revolución.
Es cuánticas, hay dos revoluciones.
Cuánticas, la primera revolución cuántica,
surge a principios de los años 20 del siglo xx
de la comprensión y aplicación de las leyes físicas
a la espera microscópica de la mitad de la mecánica cuántica
para para concretar esta esta revolución cuántica
baste decir que tecnologías innovadoras que surgieron
de esta primera revolución cuántica son el transistor y el láser;
a nadie se le escapa que estos dos dispositivos
han revolucionado todas las tecnologías actuales
y se dice que el 40 por 100 del país, como Estados Unidos,
viene de toda esta revolución cuántica de primera generación
o primera revolución cuántica.
Hay una segunda revolución cuántica, que es la que se ha puesto
en marcha en los últimos años y que se solapa
con esta primera revolución,
porque la primera revolución continúa.
Entonces resulta muy interesante ver cómo la primera revolución se apoya
en las propiedades discretas de la naturaleza cuántica,
como la energía que he mencionado anteriormente,
y la segunda revolución se basa en el principio de superposición,
que surge del principio de dejáis en ver
que también he mencionado anteriormente,
o sea que cada una de estas dos revoluciones se apoya en un en partes
de la de la física cuántica.
La Segunda Revolución hace incidencia, en una parte,
que no se había utilizado anteriormente,
que es el principio de superposición que surge del principio de Hyde.
Debemos esto más adelante.
Más adelante se espera esta segunda revolución cuántica.
En última instancia, las tecnologías cuánticas
de esta segunda revolución puedan abrir nuevas oportunidades
para abordar los grandes retos en campos como la energía, la salud,
la seguridad y el medio ambiente.
Se distinguen.
Es posible distinguir áreas fundamentales de trabajo,
que aquí las tengo, representadas de arriba abajo,
señalando de menor a mayor complejidad.
La metrología la y la sensórica cuántica son
las de menor complejidad, y las que se espera,
y de hecho ya están haciendo impacto en la tecnología.
Actualmente, a medio y largo plazo se espera que la criptografía,
la simulación y la computación cuántica,
sean las que tomen el relevo y continúen el desarrollo
de la Segunda Revolución cuántica, así que en este en este módulo,
el del máster de la metrología los estamos ocupando de Metrología,
cuántica y de sensórica cuántica, que son esos 2, los menos complejos,
y los más los que están en primera línea de salida
de la hoja de ruta bien una vez que ya hemos visto
aspectos concretos y revoluciones cuánticas,
merece la pena hacer echar un vistazo, un poco más en detalle
a cuáles son los fundamentos de física cuántica
que están detrás de esas propiedades,
que me estoy mencionando anteriormente,
y me gustaría hacerlo de una manera muy somera, muy conceptual,
sin utilizar, utilizando muy pocas, ecuaciones y darse cuenta,
que esto de por sí es un motivo sería motivo de un de una
de un curso de cuántica,
se entonces de forma intuitiva les comentó que en sentido
figurado insisto, que es el sentido figurado,
la física cuántica se puede decir que surgió en una fragua.
Aquí está la fragua de Vulcano, de Diego Velázquez.
Y se lo digo por lo siguiente.
En una fragua, pues uno lo que hace es moldear barras de hierro
como la que está señalándose en este vídeo,
y lo importante es ver ahí los distintos
la distinta gradación de colores.
Esos colores corresponden a distintas distintas longitudes de onda
de energía que se está radien, energía térmica,
que se está haciendo al exterior,
y el problema que tenía la física clásica
en el siglo decimonoveno es explicar la cantidad de energía que se emitía
por cada una de esas longitudes de onda o colores
cada color, distintos, una longitud de onda.
El gran problema de la física clásica
es que si uno tiene en cuenta la energía radial
a por todos los colores, de esa barra,
resulta que la cantidad total de energía es infinita,
lo cual es un absurdo, porque esto es que esos 2,
esos esas personas nos están ahora
Sando por una cantidad infinita de energía.
Lo que sucede es que la física clásica,
las leyes clásicas,
fallan para describir está esta esta este fenómeno,
y lo que hizo plan fue
introducir un concepto, que es el de cuánto, de energía, discreto,
de tal manera que ahora la energía no está,
no sigue una, una una dinámica,
una variables clásicas
como aquí en este plan inclinado, sino que baja en escalones,
se transfieren escalones que están discriminados son cuántos,
cuántos de energía, que es lo que cada uno de ellos
que está dado por el valor h nun a donde haches
la constante de plan, que apareció anteriormente,
entonces la actividad clásica predice un valor infinito
de esta curva, de aquí se va al infinito,
y me dice que la cantidad de energía emitida es infinita,
lo cual es falso.
Entonces, lo que hizo plan, con esa hipótesis cuánticas
de discreta citación que he mencionado
al principio fue explicar perfectamente con absoluta precisión
esas curvas de emisión térmica
de los cuerpos calentado térmicamente,
y de esa manera es 1.
Se ve obligado a reconocer que existe una naturaleza cuántica
de la energía y de otras variables, como he mencionado anteriormente.
En cuanto al principio dejáis en vez da lugar a otra interpretación,
a otra propiedad de la física cuántica,
que es la naturaleza probabilista
de la descripción de los sistemas cuánticos,
y eso me va a llevar al principio de superposición,
que es un recurso fundamental.
En la Segunda Revolución cuántica lo que sucede con el principio
de la indeterminación dejáis vez es que si bien clásicamente
para ir desde un punto a punto b, uno tiene una trayectoria bien
definida a través de una posición ni un momento, sin embargo,
como esa esos conceptos no pueden ser medidos
a la vez por por la imposibilidad del principio dejáis,
lo que me veo obligado a esa pensar que realmente
la partícula puede seguir una multitud de trayectorias,
lo que sucede es que unas trayectorias
serán más probables que otras.
Ahí estará la diferencia entre un efecto clásico
y un efecto cuántico.
Entonces tengo que tener en cuenta esas múltiples trayectorias,
siguiendo los pensamientos que desarrollaron Faisán,
Enver y Rutherford,
y otros colaboradores posteriormente,
de modo que tengo que pensar que esas,
esas trayectorias no es única, como dice la clásica,
sino que son múltiples.
Y en qué se traduce?
Como surge la naturaleza probabilista del principio,
deja de ser, pues al pensar que esas múltiples trayectorias.
Lo que sucede es que la trayectoria clásica que tengo aquí si corto
en un instante, tso uno siempre tengo un punto es determinista
no hay nada más que un punto, y lo mismo si cualquier corte
que haga temporal de la trayectoria sucede una cosa muy distinta.
Con las trayectorias cuánticas,
las trayectorias cuánticas son múltiples,
cada una con una determinada probabilidad,
de modo que si corto a un cierto intervalo temporal tso,
1, lo que tengo es varios puntos donde puede
estar la situada, la partícula y esos puntos
son la superposición de distintas posiciones,
justamente eso es lo que implica el principio dejarse ver,
pero evidentemente en algún momento uno tiene que acceder
a este tipo de teoría valorando la comprobando la experimentalmente,
lo que les ha cuestionado a continuación es una,
es una visualización de este principio
dejáis en ver y el principio de superposición,
utilizando el experimento del famoso experimento
de la doble rendija.
Lo que les presento a continuación.
Es una animación donde se va a haber una doble rendija
sobre la cual inciden unas partículas clásicas, que son,
o bien canicas o balas, son algo microscópico,
luego se repite el experimento con ondas ondas del uso de agua
y, por último, se repite el experimento
con partículas cuánticas con electrones,
y la pregunta es saber si el patrón de impactos
en la pantalla se puede predecir, clásicamente o no.
Entonces aquí vemos claro, rendijas, un cañón que manda,
balas clásicas o canicas
y vemos en la pantalla última.
Los impactos que siguen;
una distribución que se puede predecir con las leyes clásicas
de neutro no tienen una estructura bien definida,
y eso es el resultado de esa elemento aleatorio;
a continuación lo que se hace es compararlo con ondas
una onda que pueden ser de agua o de luz,
que interfieren con la doble rendija y dan un patrón de impactos
en la pantalla, que es muy distinto al anterior.
Son con franjas de interferencia, de modo que las partículas clásicas
son muy distintas de las ondas clásicas.
Por último, tenemos ahí una onda de un electrónico que lo que me dice
es que no tiene una trayectoria bien definida,
interfiere con las dos rendijas y al final impacta
en un sitio concreto de la pantalla, de modo que al final electrones único
pero en el trayecto no está bien definida.
Su trayectoria
y esa es la onda de probabilidad que esta sociedad la partícula
de modo que si dejamos transcurrir el tiempo iremos viendo
qué tipo de impactos de distribución de impacto salen
y vemos que salen franjas, al igual que salían con la, con la,
con la, con el caso de las ondas.
Lo que me dice está esta simulación
es que las los electrones que son cuánticos
tienen una doble naturaleza.
Por un lado, son partículas, con las impacten en la pantalla,
pero no tienen una trayectoria bien definida
y se comportan como una onda de probabilidad
cuando no están siendo medidos.
Esto es una.
Una preparación es un constructo que uno lo ha hecho
para por fines didácticos y 1.
Se puede preguntar ya, pero esto puede que tenga truco.
Puede que a lo mejor realmente el electrónico
no sé yo que electrones se comporta con esa onda,
la partícula entonces para convencerles,
desviaban a enseñar un experimento
qué está hecho, porque los laboratorios y Thatcher
se ha repetido esto muchas veces, donde es un experimento
del doble rendija con con electrones que se mandan
a de uno en uno mediante un camión como antes,
y se se recogen los impactos en la pantalla.
Entonces, solamente en el vídeo es un vídeo del experimento real.
Lo que aparece en el vídeo es exclusivamente los impactos.
Entonces vamos a ver si esos impactos,
cómo se distribuyen y si podemos predecir
los con las leyes clásicas o necesitamos las leyes cuánticas
que he dicho anteriormente la interferencia ahí vemos
un pacto de uno dos tres cuatro cinco seis electrones individuales
que van impactando en la pantalla y lo que hay que hacer
es esto es un experimento que dura como unos 30 minutos
y aquí se ha acelerado
ese ese proceso para hacerlo más corto.
Pero lo importante es ver cómo se van distribuyendo
esos impactos de electrones a interferir con la doble rendija,
y hay que esperar al final porque todavía no se ve
una estructura clara en esos impactos,
pero lo que queremos ver es qué distribución de probabilidad
surge de estos impactos al interferir con la doble rendija
y saber si esa esa, esa,
esa distribución de impactos es compatible con las leyes clásicas
o necesitamos las leyes cuánticas
fíjense que ahora ya empieza a surgir algo, empieza ya,
después de un buen rato, empieza a surgir algo en la pantalla
y si lo dejamos, transcurrir esos 30 minutos
que dura el experimento y que aquí están comprimidos.
Pues fíjense que al final del todo sale algo tan binario
y maravillosos.
Surgen franjas de interferencia, es decir las partículas.
Los electrones se han comportado como si fuesen onda, pero esas ondas
es debido a la indeterminación que tienen en su trayectoria,
de modo que cada electrones individual y su distribución
sigue un patrón de interferencia que me dice
que Faisán Bertín a razón no puedo asociar una trayectoria bien definida
y esa es la.
Esto da lugar a una interpretación probabilista.
Esas regiones de mayor luminosidad son de mayor probabilidad
y las las oscuras son de menor probabilidad.
Eso es la naturaleza progresista de la física cuántica,
que nos vemos abocados por los experimentos
y por el principio, deja de ser muy bien esos dos aspectos
que he mencionado anteriormente.
Naturaleza, discreta y principio deja de siempre.
Se traducen en ventajas.
Para hacer metrología cuántica, en qué?
Concretamente en la estimación de parámetros vamos a ver
que la estimación de parámetros según la la física clásica,
según la física cuántica, tiene distintos comportamientos.
En Metrología cuántica lo que se hace es el estudio
para realizar mediciones de alta resolución
y altamente sensibles para parámetros físicos,
utilizando esa mecánica cuántica,
especialmente explotando el entrelazamiento, cuántico,
que surge de ese experimento,
de la doble, rendija de interferir un estado,
y por la izquierda o otro Estado, ir por la rendija de la derecha,
cuando hablamos de parámetros físicos,
nos estamos refiriendo a un campo magnético
a un campo eléctrico a un campo gravitatorio,
a una fase de un experimento en óptica,
y lo que me dice la metrología cuántica
es que a la pregunta clave de cómo la precisión,
es decir la varianza en la estimación del parámetro,
vamos a llamar parámetro, dta, escala con el número de partículas
en mayúscula, o repeticiones del experimento,
también mayúscula.
Entonces, los dispositivos clásicos no pueden superar lo que se llama
el límite de ruido balístico o sondo y se en inglés,
que me dice que esa varianza el cuadro,
la escala como uno sobre mayúscula.
La metrología cuántica, por el contrario,
puede alcanzar el límite cuántico llamado límite;
dejáis inventado;
por el cuadrado de esa varianza va con uno sobre ni al cuadrado.
Es decir, que para un fijo este error
en la, la, la medida del parámetro escala, cuadra éticamente,
es decir, es más pequeño.
Por lo tanto, es cuadra éticamente más preciso,
y eso es una ventaja cuántica.
En gran parte de los recursos de las aplicaciones
de la cuántica en Metrología viene de esta comparación,
de esta ganancia cuántica que de hecho
también se da en ordenadores cuánticos.
De modo que en metodología cuántica es lo que se hace,
es hacer una superposición de Estados
como tengo aquí a la derecha de partículas,
en mayúscula, partículas que se superponen
para hacer una medición de un parámetro
que ese es el, y esa superposición es como la el experimento
de la doble rendija pere ahora hecho.
En veces y eso cuántica, mente me da esta mayor precisión una precisión
Cuadra éticamente más grande, bien para terminar esta última parte
de esta primera parte, de la del máster de Metrología
y del módulo de Metrología y sensórica.
Les voy a comentar las áreas de Metrología, sensórica, cuántica,
que se están distinguiendo.
En esta segunda revolución cuántica de la que hablaba anteriormente
aquí las tienen enumeradas.
Son cinco áreas básicas y lo que voy a hacer.
Es describirlas brevemente.
Un área muy importante es el tema de la gravitación,
la rotación, la aceleración,
y lo que sucede es que estas técnicas cuánticas
aumentan la sensibilidad y la precisión de las mediciones,
lo que da lugar a una gravitó, metería, una,
acceder o metería y si los propios de alta precisión
y sin deriva los dispositivos que utilizan estas técnicas
pueden utilizarse en ingeniería civil,
sistemas de navegación inercial;
y para la prospección y exploración de recursos naturales
el tiempo.
La medida del tiempo
se ha revolucionado enormemente por las técnicas cuánticas,
mediante lo que se llaman relojes cuánticos en el rango óptico,
y eso lo voy a explicar con más detalle en la segunda parte
de este módulo.
La tercera área básica son los campos magnéticos.
Los campos,
la medición de los campos magnéticos con magnetométricos cuánticos
permite tener una gran, una gran sensibilidad,
tanta como los dispositivos actuales que son basados
en superconductores.
Pero la ventaja cuántica viene en este caso
en que es posible hacerlo a temperatura ambiente
mientras que los superconductores tienen que hacer criogénica,
y eso es una gran ventaja.
En la práctica también se espera que sea mayor la ventaja
de sensibilidad con el tiempo en la detección química.
También es muy importante las las ventajas cuánticas,
porque van a servir, están sirviendo para detectar sustancias legales
y hacer detectores para entidades químicas específicas
y también en la técnicas de imagen.
La ventaja cuántica es muy importante
porque, bueno, a nadie se le escapa que las imágenes
tienen una gran aplicación, por ejemplo, en medicina,
y los dispositivos que explotan estas técnicas
pueden aumentar enormemente el rendimiento de las imágenes;
el aprovechamiento también del entrado lazamiento
de dos fotones, que están basados en esa experimento
de la doble rendija puede mejorar la resolución de las imágenes,
es decir, que el tema de imágenes la verdad, la cuántica,
lo que lo que aporta es un una mayor rendimiento
en las imágenes y una mayor resolución
de esas imágenes, con lo que ello con el beneficio que ello conlleva,
y por último voy a con esto voy a concluir
esta primera parte
y queda la segunda parte.
Lo que les voy a hacer es explicar una serie de consecuencias
que tiene estas revoluciones,
cuánticas en algo muy importante de la metrología,
como es el sistema internacional.
Muchas gracias.