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Welches System wird am lautesten sein und welches wird "absolute" Stille geben: zwei interessante wissenschaftliche Projekte

Eine Gruppe von Physikern aus Australien, Singapur und China hat eine Technologie zur Steuerung des Quantenzustands von Photonen im Vakuumrauschen entwickelt. Auf lange Sicht wird die Lösung die Genauigkeit des Quantencomputers erhöhen.

Wir erklären Ihnen, wie das "leiseste" System funktioniert. Wir werden auch über ein anderes wissenschaftliches Projekt sprechen - die Teilnehmer haben es im Gegenteil geschafft, den lautesten Klang auf dem Planeten zu erzeugen.


Foto Oleg Laptev / Unsplash

Hush hush


An jedem ruhigsten Ort der Welt gibt es das sogenannte Vakuumgeräusch. Seine Quelle ist Vakuumenergie , die die Basis des Universums bildet. Diese Energie wird von Atomen und Molekülen erzeugt, die beim Übergang von einem angeregten in einen stabilen Zustand elektromagnetische Wellen aussenden ( spontaner Emissionseffekt ). Vakuumrauschen tritt auch in ruhigen, isolierten dunklen Räumen auf und kann den Betrieb von Quantennetzwerken und Computern beeinträchtigen - Störungen beim Codieren von Informationen im Quantenzustand von Photonen verursachen.

Ein Team von Wissenschaftlern unter der Leitung von Physikern und Ingenieuren der Australian National University (ANU) hat eine Lösung für das Problem vorgeschlagen. Spezialisten vorgestellt Eine Vorrichtung zur Steuerung des Quantenzustands von Photonen auf dem Energieniveau, das normalerweise durch Vakuumrauschen übertönt wird.

Sein Funktionsprinzip basiert auf der Methode der Lichtkomprimierung . Dies ist ein Quantenphänomen, das es ermöglicht, Ungenauigkeiten bei der Bestimmung der mit dem Heisenberg-Prinzip verbundenen Lichtparameter neu zu verteilen (es erlaubt nicht, gleichzeitig die Koordinate und den Impuls eines Teilchens zu messen). Tatsächlich reduziert es den Fehler entlang einer der Achsen (Amplitude oder Phase) und ermöglicht es, mit einem Geräuschpegel zu arbeiten, der geringer als die Stille ist.

Wissenschaftler beschäftigen sich seit über 20 Jahren mit Lichtkompressionstechnologien. Sie verwendeten dieselbe Technik, um die Genauigkeit optischer Messungen zu erhöhen. Zum Beispiel in Kilometerinterferometern zur Registrierung von Gravitationswellen. Die Autoren der Studie erwarten, dass ihr neues Gerät zur Entwicklung von Quantencomputern und Verschlüsselung beitragen wird.

Das Team hat die Ergebnisse seiner Arbeit bereits beim jährlichen Rising Star of Light-Wettbewerb vorgestellt, der vom Springer Nature-Verlag durchgeführt wird, und den ersten Platz gewonnen. Ingenieure müssen jedoch mehrere Probleme lösen. Zum Beispiel ist ihre vorgeschlagene Methode immer noch instabil . Aber wenn die Technologie eingeschaltet ist, kann sie außerhalb des Labors "gehen".

Das genaue Gegenteil ist der lauteste Ton


Im vergangenen Jahr konnte eine Gruppe von Forschern des US National Accelerator Laboratory (SLAC) die berechnete Grenze der Schalllautstärke in Gewässern erreichen - 270 dB. Dies ist deutlich mehr als ein Startflugzeug oder eine Rakete. Die Ingenieure verwendeten den Röntgenlaser Linac Coherent Light Source (LCLS) - er kann ein „ molekulares Schwarzes Loch “ erzeugen und Wasser auf 100.000 ° C erwärmen. Dünne Wasserstrahlen mit einem Durchmesser von 14 bis 30 Mikrometern werden mit kurzen Impulsen „bombardiert“. Unter dem Einfluss von Strahlung verdampfte die Flüssigkeit sofort und verursachte eine Stoßwelle.


In einem flüssigen Medium kann kein Ton erzeugt werden, der lauter als 270 dB ist. Jenseits des Schwellenwerts hört das Wasser auf zu verdampfen und verwandelt sich in mit Dampf gefüllte Mikroblasen. Nach der Bildung kollabieren sie sofort (es tritt die sogenannte Kavitation auf ), aber die Schallwelle wird nicht mehr gebildet.

Nach zu Vertretern des SLAC, in Zukunft werden solche Experimente helfen , besser zu verstehen , wie hochvolumige Proben physikalische und biologische auswirkt. Dies eröffnet neue Möglichkeiten bei der Materialentwicklung.


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