Un paquete de Mathematica para Computación Cuántica en notación de Dirac: soñando junto con Charles Babbage y Ada Lovelace

Charles Babbage diseñó en el siglo XIX una “computadora” mecánica que nunca fue construida. Para darnos cuenta del gigantesco paso que había dado Babbage, recordemos que cuando este hombre diseñaba su "computadora" mecánica, todavía no había luz eléctrica, la gente aún se alumbraba con velas y lámparas de petróleo. Y Babbage ya estaba diseñando una computadora. Por supuesto, el término "computadora" tampoco existía, Babbage llamó a su diseño "máquina analítica" (Analytical Engine). Este diseño nunca llegó a ser construido, en parte porque era un reto enorme para la ingeniería del siglo XIX producir las piezas mecánicas requeridas para la máquina.

Pero, quizás todavía más sorprendente, en esa misma época se escribió el primer programa de computadora, precisamente para esta "máquina analítica" inexistente. Este primer "programa" computacional fue escrito por el mismo Babbage, y fue corregido y explicado por Ada King, condesa de Lovelace (Ada Byron). Por supuesto, en aquel entonces tampoco existía la idea de un "programa de computadora", la condesa Lovelace y Babbage le llamaron a su trabajo un "Método de Cálculo", pero en la actualidad se le reconoce como el primer programa computacional. En la época de Babbage y la condesa Lovelace, su máquina analítica era un sueño. Hicieron sus "Métodos de Cálculo" (programas) para una computadora que nunca existió. Pero ahora sabemos que estaban soñando en la dirección correcta: las computadoras electrónicas y sus programas en el siglo XXI son más poderosos que lo que ellos podían haberse atrevido a imaginar en sus sueños más ambiciosos.

En forma similar, en la actualidad, en el siglo XXI, hay investigadores que construyen programas (algoritmos) para las "Computadoras Cuánticas". Las "computadoras cuánticas" todavía no existen, aunque ya hay avances, una computadora cuántica de proposito general es en este momento un sueño, una hermosa promesa. En nuestros sueños más ambiciosos nos imaginamos que una computadora cuántica será increiblemente poderosa. Pero, hasta ahora, construir una computadora cuántica ha resultado ser un reto para la ingeniería del Siglo XXI. Como todavía no existen (¡y quizás nunca existan!) las poderosísimas computadoras cuánticas, los programas (algoritmos) cuánticos tienen que ser ejecutados (simulados) en las computadoras "normales", las que si existen. Se han desarrollado muchos simuladores de computadoras cuánticas. Pues ahora nosotros en México hemos puesto nuestro granito de arena con el desarrollo de un paquete de Mathematica para hacer Computación Cuántica. El paquete se llama "Quantum".
El paquete "Quantum" tiene algunas características que lo distinguen de otros simuladores: Se trabaja directamente en la notación de Dirac (la notación natural de la Mecánica Cuántica) y genera los dibujos de los circuitos cuánticos a partir de expresiones en notación de Dirac.

Se puede decir que este paquete "Quantum" integra el poder de Mathematica en la notación de Dirac, y también integra el poder de la notación de Dirac en Mathematica. Invito pues a los interesados en Mecánica Cuántica y en Computación Cuántica a conocer este nuevo paquete de Mathematica, y también los invito a soñar, como alguna vez soñaron Charle Babbage y Ada Lovelace.
El paquete se puede descargar en la siguiente liga: http://homepage.cem.itesm.mx/lgomez/quantum/

¿Son los motores que usan Hidrógeno como combustible amigables con el ambiente?

Estimados editores de eluniversal.com.mx
Yo soy profesor de Física y Matemáticas en el Tecnológico de Monterrey, Campus Estado de México, y me da mucho gusto ver que eluniversal.com.mx tiene una sección de Ciencia que se actualiza día con día. De hecho tengo esa sección como mi "página de inicio", es decir, cada día cuando comienzo a usar internet explorer se abre en mi computadora su sección de Ciencia.
Dado el aprecio que le tengo a su trabajo, no resistí las ganas de escribirle con unos comentarios con respecto a su noticia en la sección de Ciencia del Viernes 13 de abril del 2007, en eluniversal.com.mx, con título:"Taiwán lanza primer tren con motor de hidrógeno" http://www.eluniversal.com.mx/articulos/39287.html
En esa noticia escriben "que usan hidrógeno como combustible y no contaminan, ya que sólo emiten vapor de agua." y otras aseveraciones de ese tipo.
Sin embargo hay una cierta trampa. Es cierto que cuando ya tengamos el hidrógeno puro, el vehículo que lo utilice no contaminará. ¡Pero antes de eso, para obtener el hidrógeno puro hay que contaminar!
A continuación explico porqué, mediante la comparación del uso de gasolina y el uso de hidrógeno.
Para producir GASOLINA hay que meter energía. Energía para mover las bombas y las plantas de refinamiento. PERO AL FINAL LA GASOLINA TE ENTREGA MAS ENERGIA DE LA QUE USASTE PARA FABRICARLA. ¿De donde sale esa energía que la gasolina te da de más? De que el petróleo tiene almacenada energía. Esa energía fue absorbida de la luz solar por las plantas prehistóricas cuyos restos se convirtieron en el petróleo. PODRIAMOS LLAMAR A LA GASOLINA COMBUSTIBLE PRIMARIO PORQUE TE DA MAS ENERGÍA DE LA QUE TU TIENES QUE METER PARA PRODUCIRLA. El efecto neto para el ser humano es ganancia de energía.
Para producir HIDROGENO hay que meter energía. Energía para hacer la electrolisis del agua. PERO AL FINAL EL HIDROGENO TE ENTREGA MENOS (O CUANDO MUCHO IGUAL) ENERGIA QUE LA QUE USASTE PARA FABRICARLO. ¿Por qué No sale más energía de la que metí, como en la gasolina? Básicamente porque en este otro caso comienzo con agua y termino con la misma agua. Es decir: comienzo con agua, la separo con electrolisis (le meto energía), el hidrógeno que obtuve le hago combustión (le saco energía) y termino con la misma agua que comencé. La cantidad de energía que metí en la electrolisis es la misma cantidad de energía que saqué en la combustión. EL HIDRÓGENO NO ES UN COMBUSTIBLE PRIMARIO PORQUE TE DA MENOS (O CUANDO MUCHO IGUAL) ENERGÍA QUE LA QUE TIENES QUE METER PARA PRODUCIRLO. El efecto neto para el ser humano es pérdida de energía, excepto en el caso ideal de que pudieras hacer electrólisis y luego combustión perfectas, en cuyo caso no pierdes (pero tampoco ganas) energía.
¿Entonces para que usar motores de Hidrógeno? una posibilidad es como un mecanismo para liberar violentamente la energía que de otra manera se liberaría poco a poco. PERO DEFINITIVAMENTE NO ES UNA FUENTE DE ENERGÍA, al ser un combustible secundario, es más bien el equivalente a una batería, serviría para almacenar (y quizás liberar violentamente) la energía que se obtuvo a partir de OTRO COMBUSTIBLE que si sea primario, como la gasolina (que si contamina) o como la energía eólica (que No contamina).
Es decir, con Hidrógeno se puede hacer algo amigable con el ambiente (que la energía para producir el hidrógeno se obtenga de una fuente primaria no contaminante, como el viento), pero también con el Hidrógeno se puede hacer algo que NO SEA amigable con el ambiente (que la energía para producir el hidrógeno se obtenga de una fuente primaria contaminante como el petróleo). Se podría decir que el Hidrógeno no es amigable ni tampoco no-amigable con el ambiente, eso depende de cual es la fuente primaria, donde la fuente primaria es la que te da más energía de la que gastas para producirla. Las fuentes primarias NO crean energía de la nada, lo que pasa es que ya tenían esa energía almacenada, como el petróleo tiene almacenada la energía que atraparon de la luz solar las plantas prehistóricas, o el viento tiene almacenada la energía debida a que el sol calienta la atmósfera.
La fuente secundaria (Hidrógeno) representa UN CICLO: comienzas con agua y terminas con agua. El ser humano No gana más energía. Por otro lado la fuente primaria (Petróleo) NO es un ciclo: comienzas con Petróleo y terminas con gases contaminantes que NO son petróleo. El ser humano sí gana más energía.