Eine auf Quanteneffekten basierende Rekorduhr

Der neue Präzisionsrekord für Atomuhren gehört einem Team von Wissenschaftlern des Massachusetts Institute of Technology, die eine auf dem Phänomen der Quantenverschränkung basierende Methode verwendet haben, um ein supergenaues Gerät zu schaffen. Die Leistung und Arbeit wird in einem Artikel beschrieben, der in "Nature" veröffentlicht wurde.

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Astronomen haben ein Netzwerk von Weltraum-"Autobahnen" für schnelle Reisen durch das Sonnensystem gefunden

Strukturen, die durch Gravitationswechselwirkungen im Sonnensystem erzeugt werden, ermöglichen eine schnelle Bewegung von Objekten im Raum - informieren Wissenschaftler. Das neu entdeckte Streckennetz kann für die eigene Weltraumerkundung genutzt werden.

Wissenschaftler haben ein bisher unbekanntes Netz von kosmischen "Autobahnen" entdeckt, die es uns ermöglichen, viel schneller durch das Sonnensystem zu reisen. Solche Routen könnten es Kometen und Asteroiden in der Nähe des Jupiters ermöglichen, den Neptun in weniger als einem Jahrzehnt zu erreichen. Sie können bis zu 100 Astronomische Einheiten in weniger als einem Jahrhundert reisen lassen. Neu entdeckte Routen können genutzt werden, um Raumfahrzeuge relativ schnell in die entlegensten Winkel unseres Planetensystems zu schicken und um Objekte zu beobachten und zu verstehen, die mit unserem Planeten kollidieren könnten.

Solarenergie: Die Perowskites brechen wieder den Rekord!

Derzeit wird mehrgleisig an der Verbesserung der Effizienz vieler verschiedener Techniken zur Gewinnung von Solarenergie gearbeitet. Den Forschern ist es gelungen, bei den neuartigen Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen einen Wirkungsgrad von fast 30, genauer gesagt 29,15 % zu erreichen. Dies ist ein weiterer Rekord in dieser Kategorie.

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Maßgeschneiderte Magnetfelder in unzugänglichen Regionen

Eine spanische Arbeitsgruppe hat einen Weg gefunden, ein räumlich begrenztes Magnetfeld in einiger Entfernung von der Quelle zu erzeugen. Dazu nutzt das Team um Rosa Mach-Batlle von der Universitat Autònoma de Barcelona zylindrisch angeordnete, stromdurchflossene Drähte, die ein magnetisches Metamaterial bilden. Die Kontrolle des Magnetismus, die für eine Vielzahl von Technologien unerlässlich ist, wird durch die Unmöglichkeit beeinträchtigt, ein Maximum an Magnetfeld im freien Raum zu erzeugen. Hier schlagen die Forscher eine Strategie vor, die auf negativer Permeabilität basiert, um diese strenge Einschränkung zu überwinden. Sie demonstrieren experimentell, dass ein aktives magnetisches Material das Feld eines geraden Stromdrahtes in einem Abstand emulieren kann. Ihre Strategie führt zu einer noch nie dagewesenen Fokussierung von Magnetfeldern im leeren Raum und ermöglicht die Fernlöschung von Magnetquellen, was einen Weg zur Manipulation von Magnetfeldern in unzugänglichen Regionen eröffnet. PhysRevLett https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.125.177204

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Quantencomputer. Das Jiuzhang-Gerät ist viel schneller als Supercomputer

Ein Team chinesischer Wissenschaftler hat einen Quantencomputer entwickelt, der nach Ansicht seiner Autoren die Überlegenheit der Quanten demonstriert. Der Vorteil des Jiuzhang-Rechners manifestiert sich in der Rechengeschwindigkeit. Nach Angaben des chinesischen Forscherteams benötigte ihr Quantencomputer nur 200 Sekunden, um Berechnungen durchzuführen, für die der schnellste herkömmliche Computer Millionen von Jahren benötigen würde.

Nature https://www.nature.com/articles/d41586-020-03434-7

Im Oktober letzten Jahres bestätigten Vertreter von Google einen früheren Medienbericht über das Erreichen der Quantenüberlegenheit. Der von ihnen geschaffene Sycamore-Computer schien ein lang erwarteter Durchbruch im Quantencomputing zu sein. Google-Ingenieure berichteten, dass ihr Quantencomputer in etwas mehr als drei Minuten ein Problem gelöst hat, für das selbst die besten konventionellen Maschinen Tausende von Jahren brauchen würden.

Quantencomputer können herkömmliche Maschinen weit übertreffen. Das Ziel ist es, die so genannte "Quanten-Supremacy" zu erreichen, die einen enormen Rechenvorteil gegenüber herkömmlichen Computern darstellt. Der Sycamore-Computer hat diesen Vorteil nur in einem ganz bestimmten Fall erreicht. Das Experiment der Google-Ingenieure bestand darin, zufällige Operationen auf Qubits durchzuführen und das Ergebnis abzulesen. Der resultierende Satz von Ziffern, die in einem Binärsystem kodiert sind, wurde daraufhin überprüft, ob ihre Verteilung wirklich zufällig ist. Diese Berechnungen sind nicht besonders nützlich, haben aber große Auswirkungen auf die Rechenleistung des Geräts.

Bild Quelle: Nature https://www.nature.com/articles/d41586-020-03434-7; Hansen Zhong

Die Quantenschleife

Ein neues Material kann beim Bau von Quantencomputern helfen. Supraleiter sind Materialien, in denen Strom fließt, ohne auf Widerstand zu stoßen. Normalerweise ist sein Weg einseitig, aber es wurde ein Material entdeckt, in dem Strom gleichzeitig in zwei Richtungen fließen kann. Science (https://science.sciencemag.org/content/366/6462/238)

Dieser ungewöhnliche Supraleiter ist der so genannte b-Bi2Pd, der aus kristallinem Wismut und Palladium aufgebaut ist. Wenn wir aus einer dünnen Materialschicht einen Ring formen, stellt sich heraus, dass der Strom in ihm gleichzeitig im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn fließen wird. Die Entdecker des Phänomens sagen voraus, dass es in der nächsten Generation von Quantencomputern zum Einsatz kommen wird, die dank der direkten Nutzung der Gesetze der Quantenphysik in der Lage sein werden, Berechnungen viel schneller durchzuführen als ihre modernen Gegenstücke.

Bild Quelle: Superpositioned Qubit / Johns Hopkins University

Seltsame Ähnlichkeiten zwischen dem menschlichen Gehirn und dem Universum

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Ein Astrophysiker von der Universität Bologna und ein Neurochirurg von der Universität Verona verglichen das Netzwerk der Nervenzellen im menschlichen Gehirn mit dem kosmischen Netzwerk der Galaxien. Diese Analysen zeigen, dass die Strukturen des beobachtbaren Universums den neuronalen Netzen des menschlichen Gehirns überraschend ähnlich sind. Die Forschung legt nahe, dass die Gesetze, die die Entwicklung des Gehirns und des Kosmos bestimmen, die gleichen sein könnten. Eine der faszinierenden Eigenheiten der Welt um uns herum besteht darin, dass verschiedene Formen und Muster in sehr unterschiedlichen Zusammenhängen auftreten. Zum Beispiel findet sich die goldene Spirale (die Fibonacci-Spirale) in einem Schneckenhaus und in der Form einer Spiralgalaxie, und das Venenmuster hallt in einem Blitzzweig wider.

Es wurde ein Laser entwickelt, der helfen kann, Blitze zu kontrollieren

Heute mal wieder aus der Reihe: Star Trek lässt grüßen. Einige von Ihnen werden sich an Star Trek Episoden erinnern, in denen der Begriff „Wetterkontrollstation“ vorkommt. Australische Physiker haben eine Technologie entwickelt, die in der Lage sein könnte, Blitze bis zu einem gewissen Grad zu kontrollieren. Wissenschaftler haben den Laserstrahl zur Änderung des Blitzweges im Labor verwendet, glauben aber, dass ihre Arbeit unter natürlichen Bedingungen erfolgreich angewendet werden kann. Dies könnte es ihnen ermöglichen, den Auftreffpunkt am Boden zu verändern und so das Risiko katastrophaler Buschfeuer zu verringern. Während die Wetterregelungstechnologie direkt aus Science-Fiction-Büchern und -Filmen herausgerissen zu sein scheint, suchen Wissenschaftler nach ähnlichen Lösungen. Die Forschung hat bereits konkrete Ergebnisse in Form eines Laserstrahls erbracht, der Blitze verhindern kann, die zu katastrophalen Bränden und Zerstörungen führen.

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Blitzsteuerung

Blitzeinschläge sind die wichtigste natürliche Ursache für Buschbrände in Australien und eine zunehmende Zahl von Bränden in den USA. So hat ein Laser, der den Blitzweg beeinflussen kann, das Potenzial, Leben zu retten, Wildtiere und weite Bereiche des natürlichen Ökosystems zu schützen.

Superweiße Farbe, die Gebäude kühlen kann

Wissenschaftler haben eine weiße Farbe entwickelt, die so viel der Sonnenstrahlen reflektiert, dass sie bei vollem Sonnenschein die Wände von Gebäuden unter die Umgebungstemperatur abkühlen kann. Die neue Erfindung ist billig herzustellen und kann mit gängigen Technologien produziert werden. Forscher finden bereits Dutzende von Anwendungen für diese bemerkenswerte Farbe, auch wenn es noch einige Zeit dauern wird, sie auf den Markt zu bringen.
Die neue superweiße Farbe reflektiert 95,5 Prozent des Sonnenlichts. Die bisher verwendeten Technologien ermöglichten es, eine Farbe zu erhalten, die etwa 80-90 Prozent des Sonnenlichts reflektiert. Bisher war jedoch keine Farbe in der Lage, die Temperatur eines Gebäudes unter die Umgebungstemperatur zu bringen.

Neue Forschungsergebnisse wurden in den Cell Reports Physical Science veröffentlicht. https://doi.org/10.1016/j.xcrp.2020.100221

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