Digital Think Tank (DTT)

Xanadu wird die Rechenleistung des photonischen Quantenprozessors X8 verfügbar machen

Ein neuer großer Schritt in Richtung Quantencomputer.  Wissenschaftler und Ingenieure der kanadischen Firma Xanadu Quantum Technologies haben in Zusammenarbeit mit dem US-amerikanischen National Institute of Standards and Technology einen programmierbaren, skalierbaren Quantenphotonik-Chip geschaffen, auf dem verschiedene Algorithmen ablaufen können. Details des Chips sind in Nature beschrieben.

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Für wie lange reicht der Sauerstoff auf der Erde?

Die sauerstoffreiche Atmosphäre wird auf der Erde noch etwa eine Milliarde Jahre halten, so ein Wissenschaftlerpaar der Toho Universität und des Nexus for Exoplanet Systems Science der NASA. In Nature Geoscience beschrieben Kazumi Ozaki und Christopher Reinhard die Ergebnisse ihrer Simulationen über die Zukunft unseres Planeten.

Wir wissen, dass die Sonne, die an Masse verliert, mit der Zeit größer wird, Merkur und Venus verschlingt und ihre äußeren Schichten die Erde erreichen werden. Aber das Leben auf unserem Planeten wird schon lange vorher aufhören zu existieren.

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Präzise Mischung von Licht und Schall

Wissenschaftlern eines polnisch-deutschen Forscherteams von der Technischen Universität Wrocław, den Universitäten Augsburg und Münster sowie München ist es gelungen, nanoskalige Schallwellen mit Lichtquanten zu mischen. Für ihre Forschung, deren Ergebnisse soeben in der renommierten Fachzeitschrift Optica veröffentlicht wurden, nutzten sie ein künstliches Atom, das Schallwellenschwingungen mit bisher unerreichter Präzision in einzelne Lichtquanten - Photonen – umwandelt.

Licht- und Schallwellen bilden die Grundlage der modernen Kommunikationstechnologien. Licht wird genutzt, um Daten über das weltweite Glasfasernetz zu übertragen. Und Geräte, die Schallwellen verwenden, werden für die drahtlose Kommunikation zwischen Routern, Tablets oder Smartphones eingesetzt. Diese beiden Schlüsseltechnologien müssen nun an das kommende Zeitalter der Quantenkommunikation angepasst werden. Sogenannte hybride Quantentechnologien sind hier der Schlüssel.

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In Chicago wurden quantenverschränkte Zustände zwischen den Knotenpunkten übertragen.

Erstmals ist es gelungen, verschränkte Quantenzustände über einen Draht zu übertragen, der zwei Knotenpunkte verbindet (siehe auch: Weltweit erstes integriertes Quantenkommunikationsnetzwerk). Spezialisten der Pritzker School of Molecular Engineering an der University of Chicago verstärkten den Quantenzustand gleichzeitig auf demselben Draht, indem sie zuerst den Draht benutzten, um ein Qubit an jedem Knotenpunkt zu verschränken, und dann diese Qubits mit weiteren Qubits an den Knotenpunkten verschränkten.
 
Die Entwicklung von Methoden zur Übertragung verschränkter Zustände ist ein Schlüsselelement, das für die Skalierung von Quantencomputersystemen benötigt wird, sagt der Hauptautor der Studie, Professor Andrew Cleland.

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Das 40 Jahre alte Rätsel der Kernspaltung gelöst

Wenn ein übermäßig aufgeblasener Ballon platzt, fliegen seine Teile in entgegengesetzte Richtungen davon und vollführen verschiedene Kunststücke in der Luft. Der Prozess der Kernspaltung, bei dem ein Kern in zwei Teile gespalten wird, begleitet von der Emission mehrerer Neutronen, läuft ähnlich ab. Die dabei abgegebene Energie manifestiert sich nicht nur in Form von kinetischer Energie der entstandenen Fragmente, sondern auch in Form von Rotation und anderen Kernanregungen. Eines der Begleitphänomene ist die Emission von Gammastrahlenquanten, die nicht nur den Überschuss der erzeugten Energie, sondern auch den Drehimpuls aufheben (d.h. die Rotation hemmen).

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Kosmische Strahlung wird den Schmuggel von Gefahrstoffen aufdecken

Ein italienisch-amerikanisches Team unter der Leitung von Francesco Giggi von der Universität Catania hat einen Myonen-Tomographen in Originalgröße entwickelt, der Schiffscontainer nach spaltbarem Material scannen kann. Die Forscher verwendeten zwei Schichten von Myonendetektoren und einen speziellen Algorithmus, um ein 3D-Bild eines kleinen, im Behälter versteckten Bleibehälters zu erstellen.

Viele Güter werden in Containern um die Welt transportiert. Da sie groß sind und viele von ihnen durch die Häfen laufen, ist es sehr einfach, einen kleinen Gegenstand darin zu verstecken. Sicherheitsexperten sind zunehmend besorgt über die Gefahr, dass spaltbares Material auf diese Weise geschmuggelt wird. Daher besteht ein Bedarf an Technologie, mit der Container schnell und zuverlässig gescannt werden können, ohne den Warenfluss zu unterbrechen.

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JET-Physiker sind bereit, den Brennstoff für den ITER-Tokamak zu testen

Der britische Tokamak Joint European Torus (JET) wird bald damit beginnen, einen Brennstoffmix zu testen, der in Zukunft ITER, den größten experimentellen Fusionsreaktor der Welt, antreiben könnte. Kernfusion ist ein Prozess, der in der Sonne abläuft. Ihre Beherrschung kann der Menschheit eine nahezu unerschöpfliche Quelle sauberer Energie liefern.

JET ist 10-mal kleiner als ITER. Im Dezember wurde dort mit Experimenten mit Tritium begonnen. Damit führt die Menschheit zum ersten Mal seit 1997 Fusionsreaktionen mit signifikanten Mengen dieses Elements durch.

Im Juni dieses Jahres werden Tests beginnen, bei denen gleiche Mengen von Tritium und Deuterium an der Reaktion beteiligt sind. Genau so wird ITER funktionieren, so dass wir mehr Energie aus der Fusion herausholen können, als wir hineinstecken. Bis jetzt ist es der Menschheit nicht gelungen, einen Netto-Energiegewinn aus der Fusion zu erzielen.

Video nur exemplarisch.  

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Sie erzeugten ein Schwarzes Loch, bestätigten Hawkings Vorhersage und beobachteten den Innenhorizont

Stephen Hawking sagte voraus, dass Schwarze Löcher Strahlung wie ein Schwarzer Körper aussenden. Diese Emission, Hawking-Emission genannt, ist über die Zeit konstant und ihre Temperatur wird durch die Schwerkraft bestimmt. Obwohl Hawkings Vorhersage bereits 50 Jahre alt ist, konnte die Temperatur der Strahlung bisher nicht durch Beobachtungen bestätigt werden. Sie wird wahrscheinlich extrem niedrig sein, auf der Nanokelvin-Skala oder weniger.

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Deutsche haben in zwei verschiedenen Labors ein Quantenlogik-Gatter zwischen zwei Qubits geschaffen

Deutsche Forscher am Max-Planck-Institut für Quantenoptik haben eine logische Gatteroperation mit zwei Qubits durchgeführt, die sich in zwei verschiedenen Labors befinden. Ihre Errungenschaft ist ein sehr wichtiger Schritt in Richtung der verteilten Quantenverarbeitung. Es könnte den Aufbau von modularen Computersystemen ermöglichen, die aus Geräten bestehen, die an verschiedenen Orten stehen, aber wie ein großer Computer funktionieren.Das Hinzufügen eines weiteren Qubits zu einem Quantencomputer ist keine einfache Aufgabe. Qubits müssen logische Operationen ausführen können und gleichzeitig von äußeren Einflüssen (Rauschen), die ihren Quantenzustand zerstören können, isoliert sein.
Eine sehr wichtige Quelle des Rauschens in Quantensystemen ist die Interferenz zwischen den Qubits selbst. Wenn wir z.B. ein System aus 4 Qubits haben und wir wollen Berechnungen mit Beteiligung von nur 2 von ihnen durchführen, besteht immer noch die Gefahr der Wechselwirkung zwischen Qubits, die nicht an den Berechnungen teilnehmen.

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