lunes, 12 de junio de 2017

Más de 300 curiosidades sobre física cuántica, computacional y estadística. (n<=50)

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 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.



Os dejo en esta entrada las primera 50 curiosidades e iré actualizando hasta terminar.


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.

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