Legile şi algoritmii mecanicii cuantice, teoria care descrie lumea particulelor elementare şi a atomilor şi care este unul dintre pilonii fizicii moderne, au fost aplicate recent cu succes în termodinamică şi în muzică. De la un vibrato perfect la noile calculatoarele cuantice, mecanica cuantică îşi spune cuvântul.


Mecanica cuantică a luat naştere acum mai bine de 100 de ani, când pentru explicarea unor fenomene aparent bizare din lumea atomică au fost introduse “particulele de lumină”, adică fotonii. Ulterior teoria cuantică s-a îmbogăţit şi a ajuns să explice o serie întreagă de fenomene din lumea particulelor elementare, precum electronii, dar şi din lumea atomilor şi a moleculelor. Ba mai mult, fenomenele cuantice stau la baza electronicii moderne, iar în viitor ar putea să ducă la construirea unui nou tip de calculator, calculatorul cuantic, mult mai rapid decât cel actual (cel puţin pentru anumite tipuri de calcule).

În lumea cuantică au loc o serie de fenomene aparent bizare, care au la bază aşa-numita suprapunere de stări. Interpretarea acestor fenomene a generat şi continuă să genereze o serie de probleme şi paradoxuri, precum cel al faimoasei pisici a lui Schrödinger. În timp ce oamenii de ştiinţă şi filozofii încearcă să înţeleagă mai bine teoria cuantică şi ceea ce ne spune aceasta despre realitate şi Univers, aplicaţiile concrete ale mecanicii cuantice continuă să apară.

Printre ultimele aplicaţii ale teoriei cuantice se numără şi demonstrarea principiului al treilea al termodinamicii, ca şi realizarea unui vibrato perfect în muzică.

Al treilea principiu al termodinamicii, formulat de Walther Hermann Nernst, laureat al premiului Nobel în chimie, ne spune că oricât am încerca să răcim un corp pentru a-l aduce la temperatura de zero grade Kelvin (aşa-numitul zero absolut), acest lucru nu este posibil. Ne putem apropia de 0 K, dar nu se poate răci nici un sistem chiar la această temperatură. Am avea nevoie de un timp infinit. Einstein, unul dintre fondatorii mecanici cuantice, cel care a explicat efectul fotoelectric, a intuit că explicaţia acestui fenomen are legătură cu mecanica cuantică, însă nu a dat o demonstraţie concretă.

Iată că Lluis Masanes şi Jonathan Oppenheim de a University College din Londra au publicat recent un articol în “Nature Communications” în care demonstrează al treilea principiu al termodinamicii cu tehnici matematice folosite în teoria cuantică. Această demonstraţie este importantă şi pentru realizarea calculatoarele cuantice, în cadrul cărora este nevoie  de răcirea cât mai puternică (cât mai aproape de 0K) a componentelor pentru a-l face să funcţiona bine. Va trebui deci să se ţină cont de termodinamică atunci când se va construi un calculator cuantic.

A doua aplicaţie recentă extrem de interesantă a mecanicii cuantice este în domeniul muzical. Într-un studiu publicat în revistă “Journal of Mathematics and Music” de către Luwei Yang de la Queen Mary University din Londra şi colaboratorii lui, aceştia au aplicat un algoritm cuantic pentru studiul şi optimizarea vibratoului. Un vibrato perfect poate îmbunătăţi mult calitatea muzicii şi genera emoţii mai intense în ascultători.

Yang şi colegii au propus o metodă de măsurare a notelor mult mai precisă decât până acum, metoda inspirată din calcule cuantice. Nouă metodă i-ar putea ajuta pe muzicieni să perfecţioneze tehnica de vibrato şi, implicit, calitatea muzicii.

Iată deci că teoria cuantică este utilă nu doar pentru a înţelege lumea atomică şi pentru a avea electronică modernă care se bazează pe tranzistori în siliciu ce funcţionează ţinând cont de legile mecanicii cuantice, ci este utilă în multe alte domenii, precum în muzică.

Între timp oamenii de ştiinţă încearcă, pe de o parte, să înţeleagă mai bine principiile şi legile cuantice, pe de alta să aplice legile cuantice în cadrul unor aplicaţii utile, precum construirea calculatorului cuantic.

+++

Ne face plăcere să anunţăm că dna Curceanu va primi un prestigios premiu din partea Societăţii Europene de fizică. Iată mai jos mesajul privind premiul şi semnificaţia premiului.

Dear Dr. Curceanu,

I have the pleasure of informing you that the European Physical Society (EPS) has awarded you the first "Emmy Noether Distinction for Women in Physics of the year 2017".

This distinction is awarded twice a year in order to bring noteworthy women physicists to the wider attention of the scientific community, policy makers and the general public, and to identify role models that will help to attract women to a career in physics. The scope of this distinction includes personal achievements in areas such as research, education, outreach and industry.

The citation that will accompany this distinction reads:
Dr. Catalina Oana Curceanu is awarded the "Emmy Noether Distinction for Women in Physics" of the European Physical Society for her leading role in experimental nuclear and hadronic physics, for her substantial contributions to a better understanding of low-energy QCD in the non-perturbative regime, and for her pioneering research in foundational issues. With her strong scientific record, and a rich scope of successful outreach and education activities, Dr. Curceanu is an outstanding role model for women researchers.

On behalf of the EPS Executive Committee and the EPS Equal Opportunities Committee, I convey to you my heartfelt congratulations.

With best regards

Rdiger Voss
EPS President