Documentación
Quantum@Home muestra pequeños experimentos de física a escala doméstica. Utiliza detectores comerciales de bajo coste que proporcionan datos en vivo relacionados con sucesos cuánticos. Los detectores están conectados al servidor web de Bladel, Países Bajos.
Experimentos disponibles
Radiación natural
La página Radiación natural recibe recuentos de detecciones de un contador Geiger GQ GMC-300S, que utiliza un tubo Geiger-Müller para la detección. Cuando la radiación ionizante interactúa con el gas del tubo, puede expulsar un electrón de un átomo de gas. La ionización resultante desencadena una avalancha de ionizaciones adicionales y produce el impulso eléctrico que se registra como una detección.
Detecciones en vivo
El gráfico Detecciones en vivo muestra las 60 muestras más recientes de un segundo. Un marcador bajo en la línea base representa un cero registrado. Una barra más alta representa una o más detecciones durante ese segundo; los valores superiores a uno se muestran encima de la barra.
Historial de detecciones
La primera fila muestra los recuentos de este minuto, de esta hora y de hoy.
Un valor marcado como parcial tiene una cobertura incompleta del detector en vivo durante ese período local. El número es el recuento realmente registrado; no es una estimación de lo que podría haber contenido el intervalo que falta.
La segunda fila muestra los recuentos medios por día, semana y mes:
- el promedio diario solo utiliza días locales anteriores completos;
- el promedio semanal solo utiliza semanas completas de lunes a domingo;
- el promedio mensual solo utiliza meses naturales completos.
Un día se considera completo cuando se ha recibido al menos el 99 % de sus muestras en vivo de un segundo esperadas. Las semanas y los meses solo se consideran completos cuando todos los días incluidos están completos. El período actual y los períodos incompletos se excluyen de estos promedios.
El gráfico a largo plazo ofrece tres vistas:
- los últimos 30 días locales, con una barra por día;
- las últimas 26 semanas locales, con una barra por semana de lunes a domingo;
- las últimas 52 semanas locales, con una barra por semana de lunes a domingo.
Una barra parcial muestra el subtotal realmente registrado. Un marcador atenuado en la línea base significa que no hay ninguna medición numérica disponible para ese período. Por tanto, un cero registrado y los datos no disponibles no se tratan como lo mismo. Los totales semanales parciales incluyen los días registrados que estén disponibles, sin estimar los días que faltan.
Distribución de recuentos por minuto
El gráfico de distribución utiliza intervalos completos de un minuto del historial conservado del detector en vivo. Cada barra muestra el porcentaje de minutos completos que contienen un número determinado de detecciones. La línea muestra la distribución de Poisson esperada a partir de la tasa media de recuentos observada.
Se espera una distribución de Poisson cuando las detecciones se producen de forma independiente a una tasa media aproximadamente constante. Los conjuntos de datos breves fluctúan visiblemente; las barras observadas deberían aproximarse en general a la curva esperada a medida que se acumulan más minutos completos. Se excluyen los minutos parciales, los períodos no disponibles, los datos simulados y los registros de resumen diario.
Acerca del detector
Cuando el detector está en vivo, la página muestra su ubicación, el estado de la fuente, el modelo, el firmware, el tipo de detector y el rango seguro documentado por el fabricante. El rango mostrado de 0–50 recuentos por minuto equivale a 72.000 recuentos por día. Esta cifra del fabricante proporciona contexto para este detector; no es una evaluación general de seguridad médica ni medioambiental.
Cuando el detector físico no está disponible, los valores específicos del hardware se muestran como no disponibles.
Aleatoriedad cuántica
La página Aleatoriedad cuántica contiene un experimento cronometrado de distribución diseñado para bytes aleatorios producidos por un generador cuántico de números aleatorios USB Crypta Labs Cicada 0.5.
Un byte puede tener cualquier valor entero de 0 a 255. Si la salida del QRNG es uniforme, todos los valores tienen la misma frecuencia esperada:
1 / 256 = 0.390625%, mostrado en el gráfico como aproximadamente 0.391%.
Ejecutar un experimento
Seleccione una duración de 0.1, 1, 10, 30 o 60 segundos y pulse Iniciar. Mientras se ejecuta el experimento, el gráfico se actualiza únicamente con los bytes procesados durante esa ejecución. Pulse Detener para finalizar antes de tiempo. Tras completarse o detenerse, el gráfico final y los valores de resumen permanecen visibles hasta que comienza otra ejecución.
Los seis cuadros de resumen muestran:
- la duración seleccionada;
- el tiempo transcurrido;
- los bytes procesados;
- la media aritmética de los valores de byte;
- la desviación estándar de los 256 porcentajes observados respecto al porcentaje esperado;
- el estado del experimento.
Para un flujo de bytes perfectamente uniforme, la media esperada es 127.5. La desviación estándar mostrada resume la dispersión de los porcentajes observados en las 256 categorías alrededor de 0.390625%. Se muestra como una diferencia porcentual absoluta; técnicamente, esa diferencia se mide en puntos porcentuales.
Gráfico de distribución
El gráfico contiene una barra para cada valor de byte posible de 0 a 255. La línea de referencia discontinua marca la frecuencia uniforme esperada de aproximadamente 0.391% por valor.
Los experimentos breves muestran de forma natural mayores irregularidades porque contienen menos bytes. A medida que se procesan más bytes, la distribución normalmente debería volverse más uniforme, aunque un resultado genuinamente aleatorio nunca tiene que parecer perfectamente uniforme.
Al señalar una barra se muestran su valor de byte, su recuento y su porcentaje. Las barras que superan el rango visible fijo del gráfico se recortan en la parte superior, pero sus valores subyacentes y sus descripciones emergentes permanecen sin cambios.
¿Qué hay de cuántico aquí?
Dentro del QRNG, una fuente de luz controlada emite fotones hacia un sensor. Incluso cuando el nivel medio de luz es constante, el número exacto de fotones emitidos y detectados durante cada intervalo de muestreo muy breve fluctúa de forma impredecible. Este ruido de disparo de fotones surge de la naturaleza cuántica de la luz: los sucesos individuales de emisión y detección de fotones tienen probabilidades, pero sus resultados precisos no pueden predecirse.
El sensor convierte esas fluctuaciones en una señal eléctrica, que se digitaliza en valores sin procesar. El dispositivo comprueba que el ruido medido siga estando dominado por el proceso cuántico y no por ruido electrónico o ambiental ordinario. A continuación, los datos sin procesar se condicionan para eliminar sesgos y producir un flujo uniforme de bits aleatorios. El condicionamiento no crea la aleatoriedad; el proceso de medición cuántica sigue siendo su fuente.
Los bits resultantes se envían al ordenador mediante USB y se combinan para formar los valores de byte mostrados en el experimento.
Acerca del QRNG
La página muestra la ubicación del QRNG, el estado del dispositivo, el modelo, el firmware, la fuente cuántica y la tasa de salida.
Estado del dispositivo se refiere exclusivamente al hardware físico del QRNG. Solo muestra Conectado cuando el dispositivo se detecta y está realmente conectado; de lo contrario, muestra Desconectado. No cambia únicamente porque un experimento se inicie o se detenga.
Cuando el dispositivo físico está conectado, la fuente cuántica es el ruido de disparo de fotones y la tasa de salida especificada es de 500 kb/s. Los valores específicos del hardware que no estén disponibles se muestran como tales.
Gato de Schrödinger
La página Gato de Schrödinger utiliza datos aleatorios cuánticos del QRNG USB Crypta Labs Cicada 0.5 para simular la desintegración radiactiva de un único núcleo de rubidio-82.
Lo que está viendo
La caja contiene un gato virtual y un dispositivo radiactivo simulado que libera gas venenoso si el núcleo se desintegra. El rubidio-82 tiene una semivida de aproximadamente 75 segundos. Mientras la caja permanece cerrada, la pantalla muestra las probabilidades cambiantes de que el gato esté vivo o muerto. Después de 75 segundos, la caja se abre automáticamente y revela uno de esos resultados.
Una semivida de 75 segundos significa que un núcleo de rubidio-82 tiene una probabilidad del 50 % de desintegrarse durante ese intervalo. No significa que todos los núcleos se desintegren después de exactamente 75 segundos. El tiempo de desintegración de un núcleo individual es impredecible, y los tiempos de desintegración cortos son más probables que los largos.
¿Qué hay de cuántico aquí?
El gato de Schrödinger es un experimento mental propuesto en 1935 para poner de manifiesto las extrañas consecuencias de extender la mecánica cuántica desde sistemas microscópicos hasta objetos cotidianos. En la configuración idealizada, se encierra un gato en una caja junto con un núcleo radiactivo, un detector y un mecanismo que libera veneno si el núcleo se desintegra. Antes de la medición, la teoría cuántica describe el núcleo como una superposición de los estados desintegrado y no desintegrado. Como el detector, el mecanismo de veneno y el gato están vinculados a ese suceso, el sistema completo se describe como entrelazado con él hasta que se abre la caja y se observa un resultado.
Este sitio web no crea una superposición cuántica macroscópica. En su lugar, el QRNG suministra datos aleatorios generados a partir del ruido de disparo de fotones, un proceso físico genuinamente cuántico. El software convierte esos datos en un tiempo de desintegración simulado que sigue la misma ley exponencial de probabilidad que la desintegración radiactiva. Si el núcleo simulado se desintegra antes de que se abra la caja, el gato muere; de lo contrario, permanece vivo. La aleatoriedad cuántica física es real, mientras que el núcleo de rubidio-82, la desintegración, el mecanismo de veneno y el gato son simulados.
Acerca del experimento
La página muestra la ubicación y el tipo del experimento, la fuente de aleatoriedad, la fuente cuántica del QRNG, el núcleo simulado, su semivida y cómo se obtiene el tiempo de desintegración. Al no haber material radiactivo real, el tiempo de desintegración se simula a partir de la aleatoriedad cuántica física suministrada por el QRNG.
Hora y persistencia
Los totales de calendario y los períodos de los gráficos utilizan la zona horaria local Europe/Amsterdam. Internamente, las marcas de tiempo por minuto pueden mantenerse en UTC para que las mediciones sigan siendo inequívocas durante los cambios de horario de verano.
El historial en vivo de radiación natural se conserva entre reinicios de la aplicación. Una interrupción repentina puede causar la pérdida de una pequeña cantidad de los datos más recientes que aún no se hayan guardado. Cualquier intervalo resultante se representa mediante un período parcial, no mediante un valor de sustitución estimado.
Los resultados de los experimentos de aleatoriedad cuántica no se almacenan como historial a largo plazo. Un gráfico completado permanece en la página durante la sesión actual del navegador hasta que comienza otra ejecución o se vuelve a cargar la página.
Los resultados del Gato de Schrödinger son resultados de simulación, no historial del detector, y no se incluyen en los registros de Radiación natural.
Idiomas
El sitio admite inglés, neerlandés, alemán y español. El selector de idioma de la cabecera recorre estos idiomas y mantiene al visitante en la misma página siempre que sea posible.
Páginas de ayuda
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