Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy

Recommended Posts

Badacze z amerykańskiego Narodowego Laboratorium Energii Odnawialnej (NREL) poinformowali o stworzeniu pierwszego ogniwa słonecznego, którego zewnętrzna wydajność kwantowa wynosi ponad 100%. Dla fotoprądu wartość zewnętrznej wydajności kwantowej - podawaną w procentach - wylicza się na podstawie liczby elektronów przepływających przez obwód w ciągu sekundy podzielonej przez liczbę fotonów z określonej długości fali, wpadających w ciągu sekundy do ogniwa słonecznego. Dotychczas nie istniały ogniwa, których wydajność w jakimkolwiek zakresie fali przekraczałaby 100%. Uczonym z NREL udało się osiągnąć szczytową wydajność kwantową rzędu 114%. W przyszłości może to pozwolić na zbudowanie ogniw słonecznych, z których energia będzie równie tania, lub tańsza, od energii uzyskiwanej z paliw kopalnych czy energii jądrowej.

Mechanizm uzyskania wydajności większej niż 100% bazuje na procesie zwanym Multiple Exciton Generation (MEG), podczas którego pojedynczy foton o odpowiednio wysokiej energii tworzy więcej niż jedną parę elektron-dziura.

W roku 2001 pracujący w NREL Arthur J. Nozik przewidział, że MEG będzie lepiej działało w półprzewodnikowych kropkach kwantowych niż w zwykłych półprzewodnikach. Pięć lat później w pracy opublikowanej wraz z Markiem Hanną Nozik stwierdził, że kropki kwantowe użyte w ogniwach słonecznych mogą zwiększyć ich wydajność o około 35% w porównaniu z innymi nowoczesnymi rozwiązaniami. Ogniwa bazujące na kropkach kwantowych nazywane się ogniwami trzeciej (lub kolejnej) generacji. Obecnie buduje się ogniwa pierwszej i drugiej generacji.

Zjawisko MEG, zwane też Carrier Multiplication (CM), zostało po raz pierwszy zaprezentowane w Los Alamos National Laboratory w 2004 roku. Od tamtej chwili wiele innych ośrodków badawczych potwierdziło jego występowanie w różnych półprzewodnikach. Teraz NREL zaprezentował MEG o wartości większej niż 100%. Badań dokonano przy niskiej intensywności symulowanego światła słonecznego, a mimo to eksperymentalne ogniwo słoneczne osiągnęło wydajność konwersji energii rzędu 4,5%. To bardzo dobry wynik, biorąc pod uwagę fakt, że ogniowo nie było optymalizowane pod kątem wydajności.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Publikowanie informacji o uzyskaniu sprawności urządzenia 114 procent świadczy tylko o braku rozsądnego myślenia autorów tej informacji. Proponuję zmierzyć wzrosty temperatury jakiegoś ciała na skutek oświetlania go np. przez minutę, a potem traktowania go przez minutę uzyskanym prądem. Gwarantuję, że sprawność nie przekroczy 100 procent.

Edited by et

Share this post


Link to post
Share on other sites

Oczywiście masz rację, ale... tylko w skali makro :) Na tym polega urok procesów kwantowych, że kpią one sobie z tradycyjnych obliczeń; w mikroświecie jak najbardziej możliwe są tego typu paradoksy, podobnie jak np. wydostanie się elektronu ze studni potencjałów, z której w makroświecie absolutnie żadne ciało nie powinno się wydostać. Podobnie w skali mikro możliwe jest np. jednoczesne istnienie obiektu w dwóch miejscach (a dokładniej: istnienie prawdopodobieństw jego istnienia) itd. W skali pojedynczych fotonów uzyskanie wydajności powyżej 100% jest więc jak najbardziej możliwe, co zresztą udowodniono tutaj doświadczalnie.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Są fizycy twierdzący, że foton i elektron nie istnieją, są tylko wymysłem. Cząstki materialne nie są w stanie przenikać przez siebie, zderza się je w akceleratorach. Światło i prąd to energia, więc foton i elektron mogą być co najwyżej najmniejszymi wykrywanymi jednostkami tej energii. Ich liczenie, to śmieszność analogiczna do podawanej przez japońską agencję kosmiczną, jakie ciśnienie wywierał 1 foton na ich żaglowiec Ikaros. A ogniwo słoneczne jest urządzeniem makro.

  • Downvote (-1) 1

Share this post


Link to post
Share on other sites

"Światło i prąd to energia, więc foton i elektron mogą być co najwyżej najmniejszymi wykrywanymi jednostkami tej energii."

 

Co absolutnie nie wyklucza, że jednocześnie są to obiekty materialne, jeśli założyć, że masa jest formą energii. I przy tym założeniu (które jak dotąd spisuje się całkiem dobrze pomimo upływu czasu) jak najbardziej fotony i elektrony da się liczyć (oczywiście w formie statystyki, a nie poszukiwania pojedynczych cząstek).

 

"A ogniwo słoneczne jest urządzeniem makro."

 

Ale procesy zachodzące w nim są własnie mikro, I dlatego szczytowa (co jasno zaznaczono w publikacji) wydajność jak najbardziej może przekraczać 100%.

  • Upvote (+1) 1

Share this post


Link to post
Share on other sites

Widzisz ~mikroos jak mowisz do rzeczy, to popieram:) A Twoje rozumowanie ~et gubi logike, wyglada jakbyś poslugiwal sie pojeciami, ktore nie dokonca rozumiesz mięszasz jedne prawdy z innymi. Poniekąd nawet zatracasz rozumienie róznicy pomiedzy rzeczami policzalnymi i niepoliczalnymi... Widzisz - nauka wspolczesna ma to do siebie, że z jednej strony lubi ulepszac przecyzowanie szczególowe, ale z drugiej strony ulepszac rownież i precyzowanie ogólne. Dzieki temu coraz lepiej wiemy co badamy i jak to policzyc, jak usystematyzowac. To wlasnie nazywamy postępem nauki:)

  • Upvote (+1) 1

Share this post


Link to post
Share on other sites

Publikowanie informacji o uzyskaniu sprawności urządzenia 114 procent świadczy tylko o braku rozsądnego myślenia autorów tej informacji.

 

Proszę czytać ze zrozumieniem ;-)

Nikt nie wspominał o sprawności 114%

  • Upvote (+1) 1

Share this post


Link to post
Share on other sites

Fale światła koloru zielonego i czerwonego różnią się częstotliwością. A czym się różnią ich fotony? Kolorem? Twierdzenie o dualizmie światła jest absurdem. Dowód, to: 1.Działanie lasera na żagiel, który porusza się na skutek impulsów lasera a nie jego ciągłego działania, więc ma miejsce odpychanie magnetyczne a nie mechaniczne ciśnienie. 2.Brak ruchu w oświetlanym w próżni radiometrze Crookesa. 3. Dotarcie w pobliże Wenus, czyli podróż w kierunku słońca żaglowca Ikaros. 4.Spadanie na Ziemię zamiast oddalania się żaglowca NanoSail-D2. Światło nie powoduje ciśnienia mechanicznego, jest wyłącznie falą elektromagnetyczną.

Założenie, jakoby masa była formą energii jest mega absurdem, świadczy o zatraceniu logiki w rozumowaniu. Masa jest atrybutem ciał materialnych, określa ją ilość elementarnych cząsteczek materii w tych ciałach jednostkami miary zwanymi kg. Jednostki energii, to nie kilogramy, można sprawdzić w tablicach matematyczno fizycznych.

Zewnętrzna wydajność kwantowa = sprawność urządzenia. Jeśli nie, to proszę określić, chociaż w przybliżeniu ile ta sprawność wynosi przy wydajności 114 procent.

  • Downvote (-1) 2

Share this post


Link to post
Share on other sites

Zauważ, że tu chodzi o tzw. fotoprąd. "Energia kinetyczna fotoelektronów nie zależy od natężenia światła a jedynie od jego częstotliwości" - to z Wikipedii.

Na jednej z częstotliwości udało im się uzyskać efekt, dzięki któremu na 100 fotonów z fali o tej częstotliwości uzyskano 114 par elektron-dziura. Nie znaczy to jednak, że ze 100 W światła słonecznego uzyskano 114 W energii elektrycznej.

  • Upvote (+1) 2

Share this post


Link to post
Share on other sites

Fale światła koloru zielonego i czerwonego różnią się częstotliwością. A czym się różnią ich fotony? Kolorem?

Ich fotony nie rożnią się kolorem - one róznią sie poziomem energetycznym czyli stanem wzbudzenia. Energia fotonu wyraża się wzorem E= hv gdzie h-stała Plancka a v - częstość...

Zewnętrzna wydajność kwantowa = sprawność urządzenia. Jeśli nie, to proszę określić, chociaż w przybliżeniu ile ta sprawność wynosi przy wydajności 114 procent.

W omawianej notatce mowa jest o tym, że w najnowsze ogniwo fotowoltaiczne uderza mniej elektronow - kwantów, aniżeli je opuszcza kwantów w sensie ilosci elektronow w produkowanym prądzie elektrycznym. Wydajnosc 114% dotyczu tu wyłącznie ilosci kwantow - porcji energii. Nikt natomiast nie stwierdził, że uzyskujemy wiecej energii anizeli jest wkładane w proces jej tworzenia. Zresztą podane to jest w artykule

...eksperymentalne ogniwo słoneczne osiągnęło wydajność konwersji energii rzędu 4,5%.

Mówiąc krótko - przy 114% wydajnosci w ilosci kwantów, mamy nadal tylko 4,5% wydajnosci energetycznej...

W takim razie samo przekroczenie 100% wydajnosci kwantowej nie stanowi przekroczenia żadnej "magicznej granicy", jest to raczej "naukowy bełkot" służacy tylko zjednaniu sobie opinii publicznej dla uzyskania dalszych srodkow na pracę naukową. Po prostu każdy chwyt jest tu dobry, a dla laikow mowienie o przekroczeniu jakiejs granicy 100% - to może skutkowac;) Chociaż widac, że na pana ~et wywarło nieco odmienny wpływ:)

Share this post


Link to post
Share on other sites

@et Ciśnienie mechaniczne wywierane przez światło jest faktem, podobnie jak dualizm. Z faktami się nie dyskutuje. Można spędzić czas na bardziej pożytecznych działaniach.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Do użytkownika „whiteresource”: Przyjmuję Pana wyjaśnienia w całości. Chyba każdy niezorientowany w zawiłościach mechaniki kwantowej nieprawidłowo odczyta treść tej notatki. Nadmieniam przy tym, iż energia fotonu, w tym stała Plancka dotyczy fotonu jako jednostki energii, a nie cząstki materii. W którymś miejscu ustaleń, jakoby foton i elektron są materią zaistniał błąd. M. In. dlatego, że światło i prąd nie wywołują ciśnienia mechanicznego, przedstawiłem dowody uzasadniające to stanowisko dla światła.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Chyba każdy niezorientowany w zawiłościach mechaniki kwantowej nieprawidłowo odczyta treść tej notatki.

 

Notka podaje sposób liczenia wydajności kwantowej: liczba elektronów/liczba fotonów.

Dość często mamy do czynienia ze sprawnościami większymi od 100%, kotły kondensacyjne, pompy ciepła - trzeba tylko sprawdzić co jest w mianowniku :)

Share this post


Link to post
Share on other sites

Informując o sprawności kotłów kondensacyjnych i pomp ciepła powyżej 100 procent piszesz o sprawności wirtualnej a nie rzeczywistej, bo wynikającej ze sposobu liczenia przez producentów.

Share this post


Link to post
Share on other sites
W skali pojedynczych fotonów uzyskanie wydajności powyżej 100% jest więc jak najbardziej możliwe, co zresztą udowodniono tutaj doświadczalnie.

 

Świat kwantowy jest pozornie tylko taki zaskakujący , bierze się to z przyglądania rzeczom tak drobnym i z taką dokładnością pomiaru że zupełnie nie myśli się kategoriami rozsądku (przecież bez przerwy laboratoria są przenikane przez miliardy neutrin , tysiące mionów, cząstki z kosmosu, fotony gama z rozpadów naturalnych i nawet elektryzujący się fartuch naukowca może odginać tory cząstek zaburzając to czemu się przygląda).

 

Inaczej i krócej : jak Niutonowi jabłko spadało to odziaływania mikroświata nie miały większego znaczenia , ale kiedy przyglądasz się mikroświatowi to już ich lekceważyć nie można bo to prowadzi do fantastycznych wyników.

 

 

Jeśli myśleć logicznie to trwałe podniesienie temperatury całej półkuli północnej o 1% to miliardy ton zaoszczędzonej ropy, węgla, czystsze powietrze (tak tak wiem że nie o złapanie króliczka chodzi).

Share this post


Link to post
Share on other sites

Zastanawiam się ile osób wypowiadających się tutaj zna (znało wcześniej bądź znalazło w internecie) definicje wydajności kwantowej. http://encyklopedia.pwn.pl/haslo.php?id=3929568 - tutaj podają, że może mieć ona wartość nawet 10^7 więc wynik rzędu 10^2 nie powinien wzbudzać większego zainteresowania zwłaszcza, że sprawność samych ogniw, porównując z ogniwami 1 generacji, jest w dalszym ciągu kiepska.

  • Upvote (+1) 1

Share this post


Link to post
Share on other sites

Na stronie http://events.eoportal.org/presentations/330/10002509.html jest schemat kontroli położenia Ikarosa przez urządzenia ciekłokrystaliczne, a na stronie http://pl.wikipedia.org/wiki/Radiometr_Crookesa obraz urządzenia Crookesa. W obu przypadkach zasada działania jest ta sama i jest ona podstawą do kwestionowania twierdzeń naukowców. Niestety, żagiel słoneczny żadnego napędu nie dostarcza.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Na stronie http://events.eoportal.org/presentations/330/10002509.html jest schemat kontroli położenia Ikarosa przez urządzenia ciekłokrystaliczne, a na stronie http://pl.wikipedia....iometr_Crookesa obraz urządzenia Crookesa. W obu przypadkach zasada działania jest ta sama i jest ona podstawą do kwestionowania twierdzeń naukowców. Niestety, żagiel słoneczny żadnego napędu nie dostarcza.

 

Nie rozumiem. Kwestionujesz istnienie ciśnienia światła bo radiometr Crooksa działa inaczej niż się spodziewano?

  • Upvote (+1) 2

Share this post


Link to post
Share on other sites

Niestety, żagiel słoneczny żadnego napędu nie dostarcza.

 

Przykro mi, ale teoria poległa pod własnymi argumentami. Za wiki:

 

Dodatkowym argumentem przemawiającym za takim mechanizmem jest fakt, że zmniejszenie ciśnienia powietrza w bańce radiometru poniżej pewnego progu (około 10–4 Pa), powoduje zaniknięcie zjawiska – wiatraczek przestaje się obracać. Gdyby przyczyną obrotów było ciśnienie promieniowania, wówczas zmniejszanie ciśnienia, nawet do stanu doskonałej próżni, powinno powodować zmniejszenie oporów powietrza i coraz lepsze działanie radiometru.

 

Podczas gdy wyniki eksperymentu z IKAROS i wyraźnie obserwowany dryf położenia w przypadku rotacyjnego systemu manewrowania: http://events.eoport...aros_AutoE.jpeg oraz wychwytu fotonów http://events.eoport...aros_AutoD.jpeg

  • Upvote (+1) 1

Share this post


Link to post
Share on other sites

By być zrozumiałym: Urządzenia ciekłokrystaliczne na Ikarosie miały powodować ciemnienie fragmentu żagla i w tym miejscu ciśnienie światła miało być mniejsze, niż w miejscach jasnych powodując zmianę kierunku ruchu żaglowca. W radiometrze skrzydła wiatraczka z jednej strony są ciemne, z drugiej jasne i światło pada na połowę skrzydeł, która jest wtedy ciemna i równocześnie na tą połowę, która jest wtedy jasna. Ciśnienie światła padającego na jasną część wiatraczka ma być większe od ciśnienia na ciemnej jego połowie i powodować obracanie wiatraczka w kierunku przeciwnym pokazanemu na stronie WWW. Brak ruchu wiatraczka na skutek oświetlania go po wypompowaniu powietrza z radiometru świadczy o tym, iż nie ma różnego ciśnienia światła padającego na ciało materialne ze względu na jego barwę (ciemną lub jasną). Świadczy też o tym, że niemożliwe było manewrowanie Ikarosem przez ściemnianie części żagla, że komunikat agencji Jaxa o pomyślnym przeprowadzeniu testu manewrowania żaglowcem był laniem wody, zwyczajnym kłamstwem. A brak różnego ciśnienia światła ze względu na barwę ciała na które pada można wyjaśnić tylko przyznaniem, iż światło nie wywołuje ciśnienia mechanicznego.

Share this post


Link to post
Share on other sites
A brak różnego ciśnienia światła ze względu na barwę ciała na które pada można wyjaśnić tylko przyznaniem, iż światło nie wywołuje ciśnienia mechanicznego.

 

Myślę że się mylisz, 20 000 czerwonych fotonów biegnących z przeciwka zatrzymuje ruch atomu sodu (któraś tam nagroda Nobla) , eksperyment się nie powiódł ponieważ obecność olbrzymiej ilości fotonów światła widzialnego i UV spowodowała tunelowanie żagla na poziomie atomowym tym samym utracił obserwowalną wydajność (zrobił się przeźroczysty dla światła) dodatkowo część elektronów została usunięta przez plazmę słoneczną (został odarty z elektronów które mogły pochłonąć odpowiednią długość fali wszak to one (ich orbity) stanowią sensowną powierzchnię samo jądro to bardzo maleńka rzecz).

Share this post


Link to post
Share on other sites

Użytkownik Jajcenty dnia 27 grudzień 2011 – 06:09 napisał

Nie rozumiem. Kwestionujesz istnienie ciśnienia światła bo radiometr Crooksa działa inaczej niż się spodziewano?

Tak..Radiometr stwierdza, że padając na jasną powierzchnię ramion wiatraczka światło nie ciśnie mocniej, niż padając na ciemną powierzchnię. Można to wyjaśnić logicznie tylko przyznaniem, że światło nie wywołuje ciśnienia mechanicznego.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Naukowcy z University of Washington zauważyli, że są w stanie wykryć „atomowy oddech” czyli wibracje mechaniczne pomiędzy dwiema warstwami atomów. Dokonali tego obserwując światło emitowane przez atomy wzbudzone laserem. Odkryte zjawisko można wykorzystać do zakodowania i przesłania informacji kwantowej. Uczeni zbudowali urządzenie, które może stać się elementem składowym przyszłych technologii kwantowych.
      To nowa platforma w skali atomowej, która wykorzystuje optomechanikę, szereg zjawisk w których ruch światła i ruch mechaniczny są ze sobą nierozerwalnie powiązane. Mamy tutaj efekty kwantowe, które możemy wykorzystać do kontrolowania pojedynczego fotonu przemieszczającego się przez zintegrowane obwody optyczne, mówi profesor Mo Li, który stał na czele grupy badawczej.
      Ostatnie badania bazowały na wcześniejszych pracach związanych z ekscytonami. To kwazicząstki w których można zakodować informację kwantową, a następnie przesłać ją w postaci fotonu, którego właściwości kwantowe (jak polaryzacja czy długość fali) pełnią rolę kubitu. A jako że kubit ten jest niesiony przez foton, informacja przemieszcza się z prędkością światła. Fotony są naturalnym wyborem jako nośnik informacji kwantowej, gdyż potrafimy przesyłać je za pomocą światłowodów szybko na duże odległości, nie tracą przy tym zbyt wielu informacji, dodaje doktorantka Adina Ripin.
      Naukowcy pracowali w ekscytonami chcąc stworzyć urządzenie emitujące pojedyncze fotony. Obecnie w tym celu używa się atomowych macierzy, takich jak np. znajdujące się w diamentach. Jednak w macierzach takich występują naturalne defekty, które zaburzają pracę tego typu urządzeń. Naukowcy z Uniwersity of Washington chcieli precyzyjnie kontrolować miejsce, z którego będzie dochodziło do emisji fotonu.
      Wykorzystali w tym celu nałożone na jednoatomowe warstwy diselenku wolframu. Dwie takie warstwy nałożyli na podłoże, na którym znajdowały się setki kolumienek o szerokości 200 nanometrów każda. Diselenek wolframu przykrył te kolumienki, a ich obecność pod spodem doprowadziła do pojawienia się niewielkich naprężeń w materiale. W wyniku naprężeń znajdujących się w miejscu każdej z kolumienek powstała kropka kwantowa. I to właśnie te kropki są miejscem, w którym dochodzi do emisji. Dzięki precyzyjnemu impulsowi laserowemu naukowcy byli w stanie wybić elektron, tworząc w ten sposób ekscytony. Każdy z ekscytonów składał się z ujemnie naładowanego elektronu z jednej warstwy diselenku wolframu i dodatnio naładowanej dziury z drugiej warstwy. Po chwili elektron wracał w miejsce, w którym przed chwilą się znajdował, a ekscyton emitował foton z zakodowaną informacją kwantową.
      Okazało się jednak, że poza fotonami i ekscytonami jest coś jeszcze. Powstawały fonony, kwazicząstki będące produktem wibracji atomowych.
      W ten sposób po raz pierwszy zaobserwowano fonony w emiterze pojedynczych fotonów w dwuwymiarowym systemie atomowym. Bliższe analizy wykazały, że każdy foton emitowany w ekscytonu był powiązany z jednym lub więcej fononami. Naukowcy postanowili więc wykorzystać to zjawisko. Okazało się, że za pomocą napięcia elektrycznego mogą wpływać na energię interakcji pomiędzy fotonami i fononami. Zmiany te są mierzalne i można je kontrolować.
      To fascynujące, że możemy tutaj obserwować nowy typ hybrydowej platformy kwantowej. Badając interakcję pomiędzy fononami a kwantowymi emiterami, odkryliśmy zupełnie nową rzeczywistość i nowe możliwości kontrolowania i manipulowania stanami kwantowymi. To może prowadzić do kolejnych odkryć w przyszłości, dodaje Ruoming Peng, jeden z autorów badań.
      W najbliższym czasie naukowcy chcą stworzyć falowody, za pomocą których będą przechwytywali wygenerowane fotony i kierowali je w wybrane miejsca. Mają tez zamiar skalować swój system, by jednocześnie kontrolować wiele emiterów oraz fonony. W ten sposób poszczególne emitery będą mogły wymieniać informacje, a to będzie stanowiło podstawę do zbudowania kwantowego obwodu. Naszym ostatecznym celem jest budowa zintegrowanego systemu kwantowych emiterów, które mogą wykorzystywać pojedyncze fotony przesyłane za pomocą przewodów optycznych oraz fonony i używać ich do kwantowych obliczeń, wyjaśnia Li.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Po raz pierwszy udało się zrekonstruować w laboratorium falową naturę elektronu, jego funkcję falową Blocha. Dokonali tego naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Barbara (UCSB), a ich praca może znaleźć zastosowanie w projektowaniu kolejnych generacji urządzeń elektronicznych i optoelektronicznych.
      Elektrony zachowują się jednocześnie jak cząstki oraz jak fala. Ich falowa natura opisywane jest przez naukowców za pomocą obiektów matematycznych zwanych funkcjami falowymi. Funkcje te zawierają zarówno składowe rzeczywiste, jak i urojone. Z tego też powodu funkcji falowej Blocha elektronu nie można bezpośrednio zmierzyć. Można jednak obserwować powiązane z nią właściwości. Fizycy od dawna próbują zrozumieć, w jaki sposób falowa natura elektronów poruszających się przez sieć krystaliczną atomów, nadaje tej sieci właściwości elektroniczne i optyczne. Zrozumienie tego zjawiska pozwoli nam projektowanie urządzeń lepiej wykorzystujących falową naturę elektronu.
      Naukowcy z Santa Barbara wykorzystali silny laser na swobodnych elektronach, który posłuży im do uzyskanie oscylującego pola elektrycznego w półprzewodniku, arsenu galu. Jednocześnie za pomocą lasera podczerwonego o niskiej częstotliwości wzbudzali jego elektrony. Wzbudzone elektrony pozostawiały po sobie „dziury” o ładunku dodatnim. Jak wyjaśnia Mark Sherwin, w arsenku galu dziury te występują w dwóch odmianach – lekkiej i ciężkiej – i zachowują się jak cząstki o różnych masach.
      Para elektron-dziura tworzy kwazicząstkę zwaną ekscytonem. Fizycy z UCSB odkryli, że jeśli utworzy się elektrony i dziury w odpowiednim momencie oscylacji pola elektrycznego, to oba elementy składowe ekscytonów najpierw oddalają się od siebie, następnie zwalniają, zatrzymują się, zaczynają przyspieszać w swoim kierunku, dochodzi do ich zderzenia i rekombinacji. W czasie rekombinacji emitują impuls światła – zwany wstęgą boczną – o charakterystycznej energii. Emisja ta zawiera informacje o funkcji falowej elektronów, w tym o ich fazach.
      Jako, że światło i ciężkie dziury przyspieszają w różnym tempie w polu elektrycznym ich funkcje falowe Blocha mają różne fazy przed rekombinacją z elektronami. Dzięki tej różnicy fazy dochodzi do interferencji ich funkcji falowych i emisji, którą można mierzyć. Interferencja ta determinuje też polaryzację wstęgi bocznej. Może ona być kołowa lub eliptyczna.
      Autorzy eksperymentu zapewniają, że sam prosty stosunek pomiędzy interferencją a polaryzacją, który można zmierzyć, jest wystarczającym warunkiem łączącym teorię mechaniki kwantowej ze zjawiskami zachodzącymi w rzeczywistości. Ten jeden parametr w pełni opisuje funkcję falową Blocha dziury uzyskanej w arsenku galu. Uzyskujemy tę wartość mierząc polaryzację wstęgi bocznej, a następnie rekonstruując funkcję falową, która może się różnić w zależności od kąta propagacji dziury w krysztale, dodaje Seamus O'Hara.
      Do czego takie badania mogą się przydać? Dotychczas naukowcy musieli polegać na teoriach zawierających wiele słabo poznanych elementów. Skoro teraz możemy dokładnie zrekonstruować funkcję falową Blocha dla różnych materiałów, możemy to wykorzystać przy projektowaniu i budowie laserów, czujników i niektórych elementów komputerów kwantowych, wyjaśniają naukowcy.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Po raz pierwszy udało się dwukrotnie wykryć poruszający się pojedynczy foton, nie niszcząc go przy tym. To ważna osiągnięcie, gdyż dotychczas foton ulegał zwykle zniszczeniu podczas jego rejestrowania. Najnowsze osiągnięcie może przyczynić się do powstania szybszych i bardziej odpornych na zakłócenia sieci optycznych i komputerów kwantowych.
      Zwykle wykrycie fotonu wiąże się z jego zaabsorbowaniem. Jednak foton może nieść ze sobą cenne informacje, a w takich przypadkach specjaliści woleliby mieć możliwość odczytania tych danych i przepuszczenia fotonu dalej, do miejsca docelowego. Żadna metoda detekcji nie jest w 100% skuteczna, zawsze istnieje ryzyko, że coś się prześliźnie niewykryte, mówi jeden z autorów badań, Stephan Welte, fizyk kwantowy z Instytutu Optyki Kwantowej im. Maxa Plancka w niemieckim Garching. Dlatego też możliwość niedestrukcyjnego wykrywania fotonów jest tak ważna – ustawienie detektorów jeden za drugim zwiększa szanse, że wykryjemy wszystkie interesujące nas fotony.
      Dotychczas opracowano różne sposoby wykrywania fotonu bez jego niszczenia. Często polegają one na interakcji fotonu z jonem, nadprzewodzącym kubitem lub innymi systemami kwantowymi. Jednak w ten sposób możemy albo wykonać pojedynczą niedestrukcyjną rejestrację poruszającego się fotonu, albo liczne niedestrukcyjne odczyty stacjonarnego fotonu uwięzionego we wnęce.
      Teraz naukowcy z Niemiec dwukrotnie wykryli pojedynczy foton wędrujący światłowodem. Wykorzystali w tym celu skonstruowany przez siebie niedestrukcyjny detektor zbudowany z pojedynczego atomu rubidu uwięzionego w odbijającej wnęce. Foton, wpadając do wnęki, odbija się od jej ścian, zmieniając stan kwantowy atomu, co można wykryć za pomocą lasera. Uczeni umieścili dwa takie detektory w odległości 60 metrów od siebie. Wykryły one ten sam foton, nie absorbując go. Welte mówi, że teoretycznie można w ten sposób wykryć pojedynczy foton nieskończoną liczbę razy, jednak w praktyce istnienie 33-procentowe ryzyko, że użycie detektora spowoduje utratę fotonu.
      Nowa technologia może w przyszłości pozwolić na śledzenie trasy fotonów. Pozwoli to na przyspieszenie pracy systemów kwantowych, gdyż będziemy w stanie upewniać się, że zakodowane w fotonach informacje dotrą tam, gdzie powinny.
      Powiedzmy, że chcesz wysłać kwantową informację z Monachium do Nowego Jorku. Możesz w międzyczasie wielokrotnie sprawdzać, czy foton nie został po drodze utracony, np. sprawdzając, czy dotarł do Paryża. Jeśli okaże się, że foton zgubił się po drodze, można będzie natychmiast wysłać go ponownie. Nie trzeba będzie czekać na zakończenie całej transmisji, by upewnić się, że wszystko poszło tak, jak powinno, wyjaśnia główny autor badań, Emanuele Distante.
      Twórcy nowych detektorów uważają, że nie można ich będzie wykorzystać do podsłuchania kwantowej komunikacji. To jak śledzenie przesyłek. Możesz dowiedzieć się, gdzie jest paczka, ale nic nie wiesz o jej zawartości. Foton zawiera w sobie pewną kwantową informację. Możesz w sposób niedestrukcyjny go wykryć, ale nie odczytać, stwierdza Welte.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Rozwiązaniem problemu pomiędzy szybkością działania komputerów kwantowych a koherencją kubitów może być zastosowanie dziur, twierdzą australijscy naukowcy. To zaś może prowadzić do powstania kubitów nadających się do zastosowania w minikomputerach kwantowych.
      Jedną z metod stworzenia kubitu – kwantowego bitu – jest wykorzystanie spinu elektronu. Aby uczynić komputer kwantowy tak szybkim, jak to tylko możliwe, chcielibyśmy mieć możliwość manipulowania spinami wyłącznie za pomocą pola elektrycznego, dostarczanego za pomocą standardowych elektrod.
      Zwykle spiny nie reagują na pole elektryczne, jednak z niektórych materiałach spiny wchodzi w niebezpośrednie interakcje z polem elektrycznym. Mamy tutaj do czynienia z tzw. sprzężeniem spinowo-orbitalnym. Eksperci zajmujący się tym tematem obawiają się jednak, że gdy taka interakcja jest zbyt silna, wszelkie korzyści z tego zjawiska zostaną utracone, gdyż dojdzie do dekoherencji i utraty kwantowej informacji.
      Jeśli elektrony zaczynają wchodzić w interakcje z polami kwantowymi, które im aplikujemy w laboratorium, są też wystawione na niepożądane zmienne pola elektryczne, które istnieją w każdym materiale. Potocznie nazywamy to „szumem”. Ten szum może zniszczyć delikatną informację kwantową, mówi główny autor badań, profesor Dimi Culcer z Uniwersytetu Nowej Południowej Walii.
      Nasze badania pokazują jednak, że takie obawy są nieuzasadnione. Nasze teoretyczne badania wykazały, że problem można rozwiązać wykorzystując dziury – które można opisać jako brak elektronu – zachowujące się jak elektrony z ładunkiem dodatnim, wyjaśnia uczony.
      Dzięki wykorzystaniu dziur kwantowy bit może być odporny na fluktuacje pochodzące z tła. Co więcej, okazało się, że punkt, w którym kubit jest najmniej wrażliwy na taki szum, jest jednocześnie punktem, w którym działa on najszybciej. Z naszych badań wynika, że w każdym kwantowym bicie utworzonym z dziur istnieje taki punkt. Stanowi to podstawę do przeprowadzenia odpowiednich eksperymentów laboratoryjnych, dodaje profesor Culcer.
      Jeśli w laboratorium uda się osiągnąć te punkty, będzie można rozpocząć eksperymenty z utrzymywaniem kubitów najdłużej jak to możliwe. Będzie to też stanowiło punkt wyjścia do skalowania kubitów tak, by można było je stosować w minikomputerach.
      Wiele wskazuje na to, że takie eksperymenty mogą zakończyć się powodzeniem. Profesor Joe Salfi z University of British Columbia przypomina bowiem: Nasze niedawne eksperymenty z kubitami utworzonymi z dziur wykazały, że w ich wypadku czas koherencji jest dłuższy, niż się spodziewaliśmy. Teraz widzimy, że nasze obserwacje mają solidne podstawy teoretyczne. To bardzo dobry prognostyk na przyszłość.
      Praca Australijczyków została opublikowana na łamach npj Quantum Information.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Znajdujący się na Biegunie Południowym wielki detektor neutrin IceCube zarejestrował wysokoenergetyczne wydarzenie, które potwierdziło istnienie zjawiska przewidzianego przed 60 laty i wzmocniło Model Standardowy. Wydarzenie to zostało wywołane przez cząstkę antymaterii o energii 1000-krotnie większej niż cząstki wytwarzane w Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC).
      Ponad 4 lata temu, 8 grudnia 2016 roku wysokoenergetyczne antyneutrino elektronowe wpadło z olbrzymią prędkością w pokrywę lodową Antarktydy. Jego energia wynosiła gigantyczne 6,3 petaelektronowoltów (PeV). Głęboko w lodzie zderzyło się ono z elektronem, doprowadzając do pojawienia się cząstki, która szybko rozpadła się na cały deszcz cząstek. Ten zaś został zarejestrowany przez czujniki IceCube Neutrino Observatory.
      IcCube wykrył rezonans Glashowa, zjawisko, które w 1960 roku przewidział późniejszy laureat Nagrody Nobla, Sheldon Glashow. Pracujący wówczas w Instytucie Nielsa Bohra w Kopenhadze naukowiec opublikował pracę, w której stwierdził, że antyneutrino o odpowiedniej energii może wejść w interakcje z elektronem, w wyniku czego dojdzie do pojawienia się nieznanej jeszcze wówczas cząstki. Cząstką tą był odkryty w 1983 roku bozon W.
      Po odkryciu okazało się, że ma on znacznie większą masę, niż przewidywał Glashow. Wyliczono też, że do zaistnienia rezonansu Glashowa konieczne jest antyneutrino o energii 6,3 PeV. To niemal 1000-krotnie większa energia niż nadawana cząstkom w Wielkim Zderzaczu Hadronów. Żaden obecnie działający ani obecnie planowany akcelerator nie byłby zdolny do wytworzenia tak wysokoenergetycznej cząstki.
      IceCube pracuje od 2011 roku. Dotychczas obserwatorium wykryło wiele wysokoenergetycznych zdarzeń, pozwoliło na przeprowadzenie niepowtarzalnych badań. Jednak zaobserwowanie rezonansu Glashowa to coś zupełnie wyjątkowego. Musimy bowiem wiedzieć, że to dopiero trzecie wykryte przez IceCube wydarzenie o energii większej niż 5 PeV.
      Odkrycie jest bardzo istotne dla specjalistów zajmujących się badaniem neutrin. Wcześniejsze pomiary nie dawały wystarczająco dokładnych wyników, by można było odróżnić neutrino od antyneutrina. To pierwszy bezpośredni pomiar antyneutrina w przepływających neutrinach pochodzenia astronomicznego, mówi profesor Lu Lu, jeden z autorów analizy i artykułu, który ukazał się na łamach Nature.
      Obecnie nie jesteśmy w stanie określić wielu właściwości astrofizycznych źródeł neutrin. Nie możemy np. zmierzyć rozmiarów akceleratora czy mocy pól magnetycznych w rejonie akceleratora. Jeśli jednak będziemy w stanie określić stosunek neutrin do antyneutrin w całym strumieniu, bo będziemy mogli badać te właściwości, dodaje analityk Tianlu Yaun z Wisconsin IceCube Particle Astrophysics Center.
      Sheldon Glashow, który obecnie jest emerytowanym profesorem fizyki na Boston University mówi, że aby być absolutnie pewnymi wyników, musimy zarejestrować kolejne takie wydarzenie o identycznej energii. Na razie mamy jedno, w przyszłości będzie ich więcej.
      Niedawno ogłoszono, że przez najbliższych kilka lat IceCube będzie udoskonalany, a jego kolejna wersja – IceCube-Gen2 – będzie w stanie dokonać większej liczby tego typu pomiarów.

      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...