QSAR model generation

cuántica, es notable y la ventaja que puede traer consigo es considerable, además de que la implementación de los dispositivos para dichas computadoras es elegante por la forma en la que se ha manejado el conocimiento tanto de la teoría cuántica como de diferentes áreas de la física, en particular la óptica, para mostrar la potencia y lo innovador de este avance. El alcance de la computación cuántica promete mucho y no por nada empresas de talla internacional tienen en la mira este tema lo cual es grandioso, siempre y cuando nunca nos despeguemos de la ética y del carácter científico que se debe tener al conseguir un avance de tal magnitud. El futuro está llegando y los avances en la computación cuántica son un parámetro de esto.

Agradecimientos

Le hago un sincero agradecimiento al Dr. Francisco Domínguez Serna quien forma parte del CICESE por auxiliarme en la mejor disposición a desarrollar este escrito. Compartimos poco, pero lo suficiente para despertar mi interés de forma significativa sobre el tema.

Referencias

Kaye P., Laflamme R. y Mosca M. (2007). An introduction to Quantum Computing, Nueva York, Estados Unidos: Oxford University Press.

L. O’Brien J. (2007). Optical Quantum Computing. Science, 318, 1567-1560.

Acín A., Bloch I., Buhrman H., Calarco T., Eichler C., Eisert J., … K. Wilhelm F. (2018). The quantum technologies roadmap: a European community view. New Journal of Physics, 20, 3-9.

Ghose S. (TED). (2019, Febrero 1). A beguinner’s guide to quantum computing |

Shohini Ghose [Archivo de video]. Recuperado de

https://www.youtube.com/watch?v=QuR969uMICM, el 18 de agosto de 2020. Neomundo. (2019). IBM mostró en la CES la primera computadora cuántica apta para su uso comercial) [Imagen]. Recuperada de https://neomundo.com.ar/ibm- mostro-en-la-ces-la-primera-computadora-cuantica-apta-para-uso-comercial/

Review of the universe (s.f.). Quantum Computing [Imagen] Obtenida de https://universe-review.ca/R13-11-QuantumComputing.htm

Marker G. (2020). ¿Qué es el bit? ¿Qué es el byte?. Obtenida de https://www.tecnologia-informatica.com/que-es-el-bit-byte/

100 Divulgación

Dinámica de un macro universo explicado por un micro

universo

José Francisco Reyes Rodríguez1

[email protected]

¿Se puede simular el comportamiento de las galaxias?

En este trabajo se presenta la construcción de un dispositivo experimental que permite observar un comportamiento análogo al movimiento de las galaxias en el universo.

El dispositivo se construyó con materiales accesibles y de bajo costo. Para ello se utilizaron botellas de plástico con diferente capacidad volumétrica.

Se conecto un circuito a los polos (clavos de hierro) de cada botella con la ayuda de cables de cobre. El sistema se selló con pegamento para evitar que existan fugas. Posteriormente, se depositó aserrín en un 4% de la capacidad volumétrica de las botellas, esto con la finalidad de recrear las condiciones de materia en el universo. El dispositivo se conectó a la toma de corriente alterna para transferirle energía eléctrica y con ello incrementar la temperatura. Se midió la temperatura en diferentes zonas de cada botella, con la ayuda de termómetros digitales en ciertos intervalos de tiempo. De los resultados se observaron la formación de cúmulos cuyas partículas se movían a diferente rapidez, producto de una diferencia de temperatura.

En las zonas en las cuales existe una mayor cantidad de materia la rapidez del incremento de la temperatura es mayor comparado a aquellas zonas en las cuales existe menor cantidad de materia. Este comportamiento es análogo al movimiento de las galaxias en el universo, lo cual permitió explicar por qué en el universo las galaxias se alejan unas de otras, a excepción de las que se encuentran en cúmulos, ya que esas se acercan cada vez más, provocando inhomogeneidades.

Divulgación 101

¿Se puede explicar el movimiento de un macro universo por medio de la creación de un micro universo?

Desde el principio del tiempo, el humano se ha preguntado, ¿que existe más allá de la Tierra?, ¿cómo es el universo?, ¿cuál es nuestro lugar en el universo? Al tratar de responder estas cuestiones surgieron los primeros modelos del universo, los cuales fueron geocéntricos, colocando a la tierra en el centro de todo, haciendo que los planetas, el sol y todo girara a nuestro alrededor.

Sin embargo. al pasar del tiempo surgieron nuevos científicos, uno de ellos Nicolás Copérnico, él propuso el modelo heliocéntrico, donde la tierra así como los planetas giran alrededor del sol, años después de esto llego Sir Isaac Newton, que con las observaciones de Nicolás Copérnico, propuso la teoría de la gravedad universal, de esta manera se fueron creando modelos de nuestro universo, hasta la llegada de Einstein, el cual con su relatividad revolucionó nuestro entendimiento del universo, proponiendo un universo plano y con base en observaciones, propuso la constante cosmológica, la cual propone que el universo se estira constantemente hasta el punto donde se contraerá, aunque había otros físicos que no opinaban lo mismo y contradijeron a Einstein. El más relevante fue Hubble que observó que no existía la constante cosmológica, en base a observaciones, otro de los físicos que no estuvieron de acuerdo con Einstein, fue Georges Lemaitre y gracias a él surgió el segundo modelo del universo, un universo esférico.

Otros años después surgió la teoría de cuerdas, que habla sobre otro universo muy distinto, pero dicho modelo solo es teórico ya que solo se apoya en ecuaciones y no en observaciones (Bert, 2013). A pesar de las observaciones de Hubble, su modelo propuesto no explica el por qué en las galaxias parece que tengan más gravedad y más materia de la que en realidad tienen, ni explica el porqué de la velocidad creciente del universo.

Los dos modelos del universo que actualmente son más aceptados están incompletos, ya que no consideran el impacto que las partículas pueden causar en el universo. Si se utilizará un campo eléctrico por un medio por el cual se pueda propagar, se podrían observar sus efectos. Por otra parte, si el medio tiene forma cilíndrica aproximadamente (caso de las botellas) la energía eléctrica hará que el incremento de temperatura sea diferente en distintas zonas, lo cual podría explicar las inhomogeneidades del universo.

Por otra parte, de acuerdo con observaciones, se calcula aproximadamente que el universo está compuesto de un 4% de materia, un 26% de materia oscura y un 70% de energía oscura (Schäffner, 2017). Si tomamos ese 4% de materia como partículas, en este caso el aserrín y el 26% más 70% como la materia y energía

102 Divulgación oscura, que en este caso sería el medio donde se propagaría el campo electromagnético, es decir el agua y el 24% como la fuerza que hace que se mantengan juntos (campo electromagnético), entonces los cúmulos se formarán y por tanto, se tendría que observar el movimiento de la materia y una formación similar a la estructura del universo, a su a vez daría una respuesta de porque en el universo, más en específico en los cúmulos masivos, aumenta la energía calorífica. Al ser las condiciones similares se tendría que relacionar el efecto de la constante aceleración de partículas en el sistema influido por el campo eléctrico con la constante aceleración de las galaxias en el universo a escala.

Se observó que en el momento en el que se enciende el dispositivo, lo más notorio es cómo las partículas del experimento se agrupan en zonas. En dichas zonas se observa cómo se forman cúmulos de partículas como en el universo a macro escala, hecho que se presentó en todas las botellas, independientemente de su capacidad (ver Fig 1).

Si solo se toma en cuenta a la materia de una zona del universo, se observa en la imagen, cómo hay zonas en las cuales la materia se concentra (zona 0), a su vez hay zonas donde hay menos materia (zona 1 y -1). Esto nos brinda una similitud de nuestro universo micro comparado con el macro universo. En la zona 0 el movimiento de las partículas es con mayor rapidez. Con la ayuda del video se siguió la trayectoria de una partícula después de 5 s, durante los cuales se desplazó una distancia mayor en comparación del desplazamiento de otra partícula en las zonas 1 y -1, ver Fig. 2. Zona 0 Zona -1 Zona 1 Macro universo Micro universo

Fig. 1. Formación de los cúmulos de partículas (micro universo) análogas a

los cúmulos de galaxias (macro universo)

Divulgación 103 Zona 0 Zona -1 Zona 1 t=0 s t=5 s t=0 s t=5 s t=0 s t=5 s Fig. 2

104 Divulgación El movimiento de las partículas está influenciado por el campo eléctrico, donde se encuentra el campo con mayor intensidad, es en la zona 0, por lo tanto, en el centro del experimento el movimiento de las partículas es mayor.

Si en el universo a grandes escalas, se puede observar cómo, donde hay más materia, los cúmulos se mueven más rápido unos que otros, es posible que esté afectado por un campo eléctrico, como en nuestro micro universo.

Al momento en el que se tomó la temperatura, en las zonas 0, 1, 2, -1, -2. Se observó que en las zonas centrales la rapidez con que incrementó la temperatura es mayor que en las zonas adjuntas. Esto es debido a que en las zonas centrales hay mayor cantidad de materia y de esa forma el campo eléctrico, se presenta más intenso donde hay más partículas. En la tabla 1 se presentan los valores numéricos de las mediciones.

En la Fig. 3 se representan las gráficas de la variación de la temperatura con respecto al tiempo para las diferentes zonas. Se puede observar que la temperatura incrementa con el tiempo de forma lineal. Por tanto, realizando un ajuste por el método de mínimos cuadrados se puede obtener la rapidez con la que incrementa la temperatura en cada una de las zonas estudiadas al determinar la pendiente de las líneas rectas. Los resultados se presentan a un costado de la Fig.3, en donde efectivamente se puede observar que la temperatura incrementa con mayor rapidez en la zona 0 y disminuye conforme se van alejando los cúmulos de partículas de aserrín.

Cabe mencionar que el procedimiento anterior se realizó con todas las botellas montadas en el sistema y aunque hubo cambios de temperatura, se observó un comportamiento similar, lo cual demuestra que este fenómeno es independiente de la capacidad volumétrica de las botellas.

En la imagen del fondo cósmico de microondas, que es una imagen del universo observable, ver Fig.4 (a), se puede notar que en las zonas en donde hay más materia o cúmulos más grandes, la temperatura es mayor, esto está en acuerdo con las observaciones en nuestro micro universo, ver Fig. 4(b) La temperatura se tomó a los 90 s.

Divulgación 105 Tabla 1. Medición de la temperatura en las diferentes zonas con respecto al tiempo.

Esto para la botella de 1000 ml. Zona 0 T(°C) Zona 1 T(°C) Zona -1 T(°C) Zona 2 T(°C) Zona -2 T(°C) Tiempo(s) 26.6 26.6 26.6 26.6 26.6 10 27.2 26.8 26.7 27.0 27.1 29 28.4 27.0 26.8 27.4 27.6 30 29.1 27.2 26.9 27.8 28.1 40 29.7 27.4 27.1 28.2 28.6 50 31.3 27.6 27.2 28.6 29.1 60 31.9 27.8 27.3 30.0 29.6 70 32.6 28.0 27.4 30.4 30.1 80 33.2 28.2 27.5 30.8 30.6 90 33.8 28.4 27.6 31.2 31.1 100 34.4 28.6 27.7 31.6 31.6 110 35.1 28.8 27.8 32.0 32.1 120 35.7 29.0 27.9 32.4 32.6 130 36.3 29.2 28.0 32.8 33.1 140 36.9 29.5 28.2 33.3 33.7 150 37.6 29.8 28.4 33.8 34.3 160 38.2 30.1 28.6 34.3 34.9 170 38.9 30.4 28.8 34.8 35.5 180 39.6 30.7 29.0 35.3 36.1 190 41.0 31.0 29.2 35.8 36.7 200 41.7 31.3 29.4 36.3 37.3 210 42.4 31.6 29.6 36.8 37.9 220 43.1 31.9 29.8 37.3 38.5 230 43.8 32.2 30.0 37.8 39.1 240 44.5 32.5 30.2 38.3 39.7 250 45.2 32.8 30.4 38.8 40.3 260 45.7 33.1 30.6 39.3 40.9 270 46.5 33.5 30.9 39.9 41.6 280 47.3 34.3 31.2 40.5 42.3 290 48.1 34.7 31.5 41.1 43.0 300 48.9 35.1 31.8 41.7 43.7 310 49.7 35.5 32.1 42.3 44.4 320 50.5 35.9 32.4 42.9 45.1 330 51.3 36.4 32.7 43.5 45.8 340 52.1 36.9 33.0 44.1 46.5 350 52.9 37.4 33.3 44.7 47.2 360

106 Divulgación Fig. 3. Incremento de la temperatura con respecto al tiempo en donde se puede observar un comportamiento lineal. Se realizo un ajuste con el método de mínimos cuadrados para obtener la rapidez. Estas mediciones corresponden para la botella de 100 ml.

Fig.4. 𝒂) imagen del fondo cósmico (macro universo) 𝒃) imagen de nuestro micro universo.

𝒂)

𝒃)

Divulgación 107

Un micro universo explicando un macro universo

En este trabajo se logró concluir que el movimiento de los cúmulos de partículas de aserrín es afectado por el campo eléctrico. También, las partículas se alejan unas de otras en las zonas en donde existe una mayor acumulación de materia, y a su vez un mayor incremento de temperatura. Esto resultados observados en nuestro micro universo es análogo a lo que sucede en el macro universo.

Lo anterior tiene sustento en los resultados del experimento así como distintas observaciones que se han hecho y que confirman físicos como David Schlegel del Lawrence Berkeley National Laboratory, el cual expone que las distancias entre las galaxias aumentan cada vez más rápido, o como el experimento confirma, que entre más pasa el tiempo aumenta gradualmente más y más rápido la distancia entre las partículas y se separan más entre sus cúmulos así como que la energía también se incrementa más rápido donde se encuentran más partículas y permite formar el mismo patrón del universo.

Así también como se puede observar que solo en zonas donde hay gran cantidad de cúmulos aumenta la energía, pero en puntos del experimento donde no hay tantos cúmulos la temperatura aumenta con la misma intensidad a su vez no se muestra la misma velocidad de separación de partículas. Algo así ocurre en el universo donde hay más materia se separan más rápido las galaxias y cúmulos, pero donde hay menos materia se separan más lento, así como si la homogeneidad del universo no se cumpliera, aunque esté repartida la materia por el universo.

Referencias

Bell, J. (2013). El libro de la astronomía. Madrid.

Bert, J. (2013). Teoría de la relatividad general. Granada, España.

Cañadete, M. (2015). Reducción de la función de onda en el contexto de las inhomogeneidedes. DF.

Cartender, J. (4 de Abril de 2018). Cornell University. Obtenido de Cornell University: https://arxiv.org/abs/1811.02376

Clark, S. (2010). Universo. Planeta.

Eisberg, R. (1989). Física. Santa Barbara: Ciencia y Técnica.

Font Altaba, Febrer Canals. (2014). El átomo y la materia. Kerkdriel: Librero.

Freedman, W. (2003). La constante de Hubble. Obtenido de

108 Divulgación Goldemberg, J. (1974). Física General y Experimental. sao Paulo: Companhia editoral nacional.

Julieta FIerro, Miguel Herrera, Silvia Torres,Luis Rodriguez, Jesus Gonzales. (2003). Las Fronteras del Universo. Londres: Instituto Parramón Ediciones.

Pedro Gómez, Esteban González. (2012). Ecuaciones De Maxwell. Obtenido de https://eltamiz.com/

Schäffner, K. (16 de Octubre de 2017). Composition of the Universe. Obtenido de https://www.ift.uam-csic.es/es/search/site/Composition%20of%20the%20Universe

Divulgación 109

Hologramas en el presente y hacia el futuro

Daniela Ocampo Salgado, María Magdalena Méndez González1 1_{Departamento de Física, ESFM-IPN, CDMX, México}

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La holografía es una técnica óptica para producir imágenes tridimensionales de un objeto, por lo que se dice que un holograma es una imagen tridimensional, como el de la Fig. 1., la cual se forma debido a la interferencia de dos haces de luz. Su definición ya se oye interesante, pero ¿Cómo aparecen en nuestra vida cotidiana y cómo se desarrollarán en el futuro?

¿Cómo funciona la luz?

Para entender la formación de un holograma es importante conocer primero propiedades importantes de la luz. La luz en una onda electromagnética, es decir, una perturbación que se propaga de manera oscilatoria en el espacio. Las ondas tienen varias propiedades: una amplitud, la cual está relacionada con la intensidad que tiene la luz. Otra propiedad es la longitud de onda, que es la distancia que hay entre dos puntos equivalentes, por ejemplo, la distancia entre dos máximos seguidos, o entre dos mínimos, como se muestra en la Fig.2.

Tiene una frecuencia, dado que el movimiento de una onda es oscilatorio, este se repite, por lo que después de un cierto tiempo volvemos a un punto equivalente sobre la onda, al tiempo en que tardamos en llegar a ese punto equivalente se le llama periodo, y su inverso es la frecuencia.

Fig. 2. Amplitud y longitud de onda.

Fig. 1. Holograma de una corona.

110 Divulgación Para decirlo de forma más simple, si fijamos un tiempo, y dejamos que una onda oscile durante ese tiempo, la frecuencia será el número de oscilaciones entre el tiempo que tardó en hacerlas.

Todas las ondas electromagnéticas, se propagan a la velocidad de la luz, que es aproximadamente 3 × 108 𝑚

𝑠, por lo que las ondas electromagnéticas difieren en sus frecuencias.

Finalmente tenemos la fase, la cual indica el punto donde empieza la onda, entonces podemos tener dos ondas con la misma amplitud y frecuencia pero que estén desfasadas, es decir, inicien en puntos distintos.

Las ondas tienen propiedades de interferencia, es decir, que dos o más ondas se pueden sumar, para formar una nueva onda resultante, esta interferencia va a depender del movimiento relativo entre las ondas, así que en el patrón resultante el movimiento ondulatorio podría aumentar, disminuir o anularse. Si las ondas están en fase, la onda resultante tendrá una amplitud mayor, pero si las ondas están desfasadas entonces la onda se anula, como se muestra en la Fig.3.

Otro fenómeno que ocurre con la luz es la difracción, esto ocurre cuando la luz choca con un obstáculo o una rendija, la luz se desvía debido al obstáculo formando un patrón. Ahora podemos hablar de cómo se genera un holograma.

¿Cómo se crea un holograma?

Como ya mencionamos, un holograma es una imagen tridimensional de un objeto, es decir, podemos ver su profundidad, esto se debe a que hacemos incidir un haz de luz sobre el objeto, el cual llega a todos los puntos que lo conforman, pero debido a que es tridimensional, haces llegarán a puntos con distinta profundidad, la luz será reflejada antes en puntos más cercanos que los haces que viajan hasta partes más profundas del objeto, así tendremos una diferencia de fase entre los haces que se reflejan. En esto difieren las fotografías convencionales y los hologramas, ya que la fotografía normal no contiene información sobre la fase de la luz.

Divulgación 111 Pero expliquemos más detalladamente cómo podemos crear un holograma, para ello necesitamos, en primer lugar, una placa holográfica, es decir una placa sensible a la luz. Para formar el holograma necesitamos dos haces de luz, uno de referencia y otro haz que se hará incidir en el objeto cuyo holograma queremos elaborar, estos dos haces deben ser coherentes, es decir, tener la misma fase, y también deben tener la misma longitud de onda. Para obtener esto se usa un láser, que nos permite tener un haz de una longitud de onda fija lo suficientemente intenso.

Luego necesitaremos un divisor de haz, que es un dispositivo óptico que divide un haz de luz en dos, así obtenemos los dos haces coherentes. Con espejos se controla la trayectoria para que el haz de referencia llegue directamente a la placa holográfica mientras que el otro haz llegue al objeto y posteriormente sea reflejado por este hacia la placa. En este arreglo también hay un conjunto de lentes que amplían el haz. Hay una interferencia entre los haces reflejados por el objeto y el de referencia, formando un patrón de interferencia sobre la placa holográfica.

Después de este proceso de grabado se realiza un proceso químico de revelado parecido al de una fotografía y finalmente se incide el haz con el que se grabó el holograma en la placa que difracta la luz. Debido al patrón que fue grabado en ella la luz se difracta formando la imagen 3D. Este proceso se muestra esquemáticamente en la Fig. 3.

Podemos considerar al holograma como una ventana que nos permite ver al objeto, aunque ya no esté realmente ahí, pues se trata de una imagen, y podemos verlo desde los distintos ángulos que el tamaño del holograma nos permita.

112 Divulgación

¿Dónde los encontramos?

Actualmente los hologramas se pueden encontrar en muchas partes, al explicar cómo se crean, vimos que la luz reflejada por el objeto y registrada en la placa holográfica contiene toda la información de la luz, lo cual