Aplicacions de la mecànica quàntica

Les aplicacions de la mecànica quàntica inclouen explicar fenomens que es troben en la naturalea, aixina com desenrollar tecnologies que es basen en efectes quàntics, com circuits integrats i làsers.

La mecànica quàntica també és de vital importància per a comprendre cóm els àtoms individuals s'unixen per mig d'enllaços covalente per a formar molècules. L'aplicació de la mecànica quàntica a la química es coneix com química quàntica. La mecànica quàntica també pot proporcionar informació quantitativa sobre els processos d'enllaços iònics i covalente en mostrar explícitament quines molècules són energèticament favorables a quins atres i les magnituts de les energies involucrades.

Històricament, les primeres aplicacions de la mecànica quàntica als sistemes físics varen ser la determinació algebraica del espectre d'hidrogen per Wolfgang Pauli i el tractament de molècules diatómicas per Lucy Mensing.

En molts aspectes, la tecnologia moderna opera a una escala en la que els efectes quàntics són significatius. Les aplicacions importants de la teoria quàntica inclouen química quàntica, òptica quàntica, computació quàntica, imans superconductores, diodos emissors de llum, amplificador òptic i làser, transistor i semiconductors com el microprocessador, imàgens mèdiques i d'investigació com resonància magnètica i microscopía electrònica. Les explicacions de molts fenomens biològics i físics tenen les seues raïls en la naturalea de l'enllaç químic, sobretot en la macromolécula d'ADN.

Electrònica

Molts dispositius electrònics moderns estan dissenyats utilisant la mecànica quàntica. Els eixemples inclouen làsers, microscopis electrònics, dispositius de resonància magnètica (IRM) i els components utilisats en el hardware informàtic. L'estudi dels semiconductors va conduir a l'invenció del diodo i el transistor, que són parts indispensables dels sistemes electrònics moderns, els dispositius informàtics i de telecomunicacions. Una atra aplicació és per a fabricar diodos làser i diodos emissors de llum, que són una font de llum d'alta eficiència. El sistema de posicionament global (GPS) utilisa rellonges atòmics per a medir diferències horàries precises i, per lo tant, determinar l'ubicació d'un usuari.

Un mecanisme de treball d'un dispositiu de diodo de túnel resonante, basat en el fenomen de túnel quàntic a través de barreres potencials. (Esquerra: diagrama de bandes; Centre: coeficient de transmissió; Dreta: característiques de corrent-voltage) Com es mostra en el diagrama de bandes (esquerra), encara que hi ha dos barreres, els electrons encara travessen els estats confinats entre dos barreres( centre), conduint corrent.

Molts dispositius electrònics funcionen utilisant l'efecte de túnel quàntic. Els chips de memòria flash que es troben en les unitats USB utilisen túnels quàntics per a borrar les seues celes de memòria. Alguns dispositius de resistència diferencial negativa també utilisen l'efecte túnel quàntic, com els diodos túnel resonantes. A diferència dels diodos clàssics, la seua corrent es transporta per mig de tunelización resonante a través de dos o més barreres potencials (vore figura la dreta). El seu comportament de resistència negativa solament pot entendre's en la mecànica quàntica: A mida que l'estat confinat s'acosta al nivell de Fermi, aumenta la corrent del túnel. A mida que s'allunta, la corrent disminuïx. La mecànica quàntica és necessària per a comprendre i dissenyar tals dispositius electrònics.

Criptografia

Molts científics estan buscant actualment métodos robusts per a manipular directament els estats quàntics. S'estan fent esforços per a desenrollar més plenament la criptografia quàntica, que teòricament permetrà garantisar la transmissió segura d'informació.

Una ventaja inherent que oferix la criptografia quàntica en comparació a la criptografia clàssica és la detecció d'escoltes passives. Est és un resultat natural del comportament dels bits quàntics; per l'efecte observador, si s'observara un bit en un estat de superposició, l'estat de superposició colapsaria en un estat propi. Degut a que el destinatari previst esperava rebre el bit en un estat de superposició, el destinatari previst sabria que hi havia un atac, perque l'estat del bit ya no estaria en una superposició.