Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
KopalniaWiedzy.pl

Nowe badania pokazują, jak można wykorzystać kwantowe właściwości światła

Recommended Posts

Modulowane kwantowe metapowierzchnie mogą posłużyć do kontrolowania wszystkich właściwości fotonicznego kubitu, uważają naukowcy z Los Alamos National Laboratory (LANL). To przełomowe spostrzeżenie może wpłynąć na rozwój kwantowej komunikacji, informatyki, systemów obrazowania czy pozyskiwania energii. Ze szczegółami badań można zapoznać się na łamach Physical Review Letters.

Badania nad klasycznymi metapowierzchniami prowadzone są od dawna. My jednak wpadliśmy na pomysł modulowania w czasie i przestrzeni właściwości optycznych kwantowych metapowierzchni. To zaś pozwala na swobodne dowolne manipulowanie pojedynczym fotonem, najmniejszą cząstką światła, mówi Diego Dalvit z grupy Condensed Matter and Complex System w Wydziale Teorii LANL.

Metapowierzchnie to ultracienkie powierzchnie, pozwalające na manipulowanie światłem w sposób, jaki zwykle nie występuje powierzchnie. Zespół z Los Alamos stworzył metapowierzchnię wyglądającą jak zbiór poobracanych w różne strony krzyży. Krzyżami można manipulować za pomocą laserów lub impulsów elektrycznych. Pojedynczy foton, przepuszczany przez taką metapowierzchnię, wchodzi w stan superpozycji wielu kolorów, stanów, dróg poruszania się, tworząc kwantowy stan splątany. W tym przypadku oznacza to, że foton jest w stanie jednocześnie przybrać wszystkie właściwości.

Modulując taką metapowierzchnię za pomocą lasera lub impulsu elektrycznego, możemy kontrolować częstotliwość pojedynczego fotonu, zmienać kąt jego odbicia, kierunek jego pola elektrycznego czy jego spin, dodaje Abul Azad z Center for Integrated Nanotechnologies.

Poprzez manipulowanie tymi właściwościami zyskujemy możliwość zapisywania informacji w fotonach.

Naukowcy pracują też nad wykorzystaniem modulowanej kwantowej metapowierzchni do pozyskania fotonów z próżni. Kwantowa próżnia nie jest pusta. Pełno w niej wirtualnych fotonów. Za pomocą modulowanej kwantowej metapowierzchni można w sposób efektywny pozyskiwać te fotony i zamieniać je w realne pary fotonów, wyjaśnia Wilton Kort-Kamp.

Pozyskanie fotonów z próżni i wystrzelenie ich w jednym kierunku, pozwoli uzyskać ciąg w kierunku przeciwnym. Niewykluczone zatem, że w przyszłości uda się wykorzystać ustrukturyzowane światło do generowania mechanicznego ciągu, a wszystko to dzięki metapowierzchniom i niewielkiej ilości energii.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites
2 godziny temu, KopalniaWiedzy.pl napisał:

Pozyskanie fotonów z próżni i wystrzelenie ich w jednym kierunku, pozwoli uzyskać ciąg w kierunku przeciwnym. Niewykluczone zatem, że w przyszłości uda się wykorzystać ustrukturyzowane światło do generowania mechanicznego ciągu, a wszystko to dzięki metapowierzchniom i niewielkiej ilości energii.

To jakaś odmiana demona Maxwella? Gdzieś będzie musiało powstać trochę chaosu. Nie wiem co na to istoty międzywymiarowe, jaki im zacznie entropia przez sufit przesiąkać.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Posted (edited)

Wygląda na to że zabawa w głuchy telefon była (by) najważniejszą lekcją życia jaką można dostać w nauczaniu początkowym, wielka szkoda że nikt nie poinformował nas czemu ona służy.

20 godzin temu, KopalniaWiedzy.pl napisał:

Pozyskanie fotonów z próżni i wystrzelenie ich w jednym kierunku, pozwoli uzyskać ciąg w kierunku przeciwnym.

Brawo, ale to wiadomo od dawna. Każde wytworzenie fotonów można rozumieć jak pozyskanie ich z próżni.

20 godzin temu, KopalniaWiedzy.pl napisał:

Niewykluczone zatem, że w przyszłości uda się wykorzystać ustrukturyzowane światło do generowania mechanicznego ciągu

O strukturyzowanej wodzie czytałem, ci sami klienci chętnie kupią lampy ze ustrukturyzowanym światłem. 

20 godzin temu, KopalniaWiedzy.pl napisał:

a wszystko to dzięki metapowierzchniom i niewielkiej ilości energii

Kiepsko kombinują. Powinni podłączyć te "wydajne silniki fotonowe" bezpośrednio do baterii fotowoltaicznych!
I jeszcze ekodotację dostaną, bo trudno o bardziej "odnawialne" źródło energii.

17 godzin temu, Jajcenty napisał:

To jakaś odmiana demona Maxwella?

Kwantowa!  Bycie fizykiem kwantowym pozwala na nieznajomość fizyki "klasycznej".

17 godzin temu, Jajcenty napisał:

Nie wiem co na to istoty międzywymiarowe, jaki im zacznie entropia przez sufit przesiąkać.

Spokojnie, pomyśleli o wszystkim. Demon jest dwuwymiarowy, tak cienki że reszta świata może zignorować jego wzrost entropi.
Aby go zmotywować do pracy pomimo takiego sprasowania podają mu metę prosto od Heisenberga, stąd nazwa "kwantowa metapowierzchnia".

Edited by peceed

Share this post


Link to post
Share on other sites
9 hours ago, peceed said:

Brawo, ale to wiadomo od dawna. Każde wytworzenie fotonów można rozumieć jak pozyskanie ich z próżni.

Niedawno pisałeś, że nie ma cienia szansy na pozyskanie energii z kwantowej próżni, a wirtualnych fotonów nie należy traktować jak cząstek rzeczywistych, a tutaj taka niespodzianka. :) Być może chłopaki z LANL się jednak postarali. Czy mógłbyś przybliżyć w jaki sposób latarka lub laser pozyskuje energię z próżni z wyjątkiem PLT (Photonic Laser Thruster), który traktuję jako fake newsa.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Godzinę temu, Qion napisał:

Niedawno pisałeś, że nie ma cienia szansy na pozyskanie energii z kwantowej próżni, a wirtualnych fotonów nie należy traktować jak cząstek rzeczywistych, a tutaj taka niespodzianka. :)

Jaka niespodzianka? Energię trzeba dostarczyć!
A co do pozyskiwania energii z próżni - nikt nie powiedział że nasz "zero point" to globalny "zero point".
Pierwsza osoba osoba która wyciągnie energię z próżni będzie pierwszą ofiarą jej rozpadu, strefa będzie się rozprzestrzeniać z prędkością światła.
Nie zdziwiłbym się gdyby te wszystkie ufole nad nami były tu wyłącznie z tego powodu:
Na pewno mają włączone alarmy na każde pojawienie się w sieci hasła "zero point energy" i "free energy" :P

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
      Fototerapia była znana już w starożytnym Egipcie. W pracach Hipokratesa można doszukać się wzmianek na temat leczniczych właściwości światła słonecznego. Dziś leczenie światłem można skutecznie praktykować w gabinetach odnowy biologicznej, salonach masażu czy w zaciszu własnego domu. Jakie są właściwości lampy Bioptron?
      Światło źródłem zdrowia
      Praktyki z udziałem światła słonecznego stosowane w starożytnym Egipcie nie mają co prawda potwierdzenia w formie medycznych dowodów naukowych. Jednak wówczas korzystne działanie promieni słonecznych uznawano za niepodważalny fakt. Dzięki osiągnięciom współczesnej medycyny wiadomo już, że organizm jest w stanie zamienić światło w energię elektrochemiczną. Pozyskana energia aktywuje pasmo reakcji biochemicznych w komórkach, a skutkiem tych zmian jest efekt terapeutyczny.
      Lata badań i spektakularne rezultaty
      Warto nadmienić, że badania nad pozytywnym wpływem promieni słonecznych na organizm od dziesięcioleci prowadzone są na całym świecie. Naukowcy zafascynowani możliwościami światła spolaryzowanego od lat pochylają się nad kluczowymi dla ludzkiego zdrowia projektami.
      Potrzebowano ponad 20 lat szczegółowych badań i doświadczeń, by stworzyć lampę Bioptron. Polichromatyczne światło spolaryzowane stało się głównym obiektem naukowców, którzy po latach badań opracowali rewolucyjny przyrząd, zdolny do leczenia licznych schorzeń. Światło pochodzące z lampy poprawia mikrokrążenie w tkankach, aktywując je do procesów odpornościowych. Urządzenie okazało się przełomowe, co potwierdzają specjaliści licznych gabinetów, w których jest stosowane.
      Zastosowanie lampy Bioptron
      Za główne przeznaczenie lampy uważa się leczenie zmian skórnych i wspomaganie procesu gojenia się ran. Urządzenie bardzo dobrze sprawdzi się także w leczeniu chorób reumatologicznych oraz przy dolegliwościach bólowych kręgosłupa. Lata badań wykazały ponadto, że stosowanie fototerapii przynosi doskonałe rezultaty przeciwdziałając starzeniu się skóry. Lampa szybko znalazła zatem zastosowanie w gabinetach kosmetycznych i klinikach medycyny estetycznej.
      Podkreślając dobroczynne działanie lampy na zmiany skórne, warto skupić się wokół takich schorzeń, jak opryszczka, łuszczyca, atopowe zapalenie skóry czy trądzik młodzieńczy. Regularne stosowanie lampy Bioptron skutecznie regeneruje tkanki podskórne, pomagając wyleczyć odleżyny oraz owrzodzenia.
      Za imponującymi efektami opowiadają się także lekarze specjaliści. Lampa doskonale wspomaga leczenie tkanek miękkich i stanów zapalnych, więc chętnie korzystają z niej ortopedzi oraz reumatolodzy. Polecana jest także przez grono laryngologów jako urządzenie wpierające leczenie zatok czołowych oraz zapalenia zatok obocznych nosa.
      Światło lampy Bioptron zostało opracowane przez szereg specjalistów. Jej działanie jest na tyle bezpieczne, że urządzenie można stosować samodzielnie w domu, jak również z powodzeniem wykorzystywać przy leczeniu problemów skórnych u najmłodszych.
      Partnerem materiału jest MisjaZdrowia.pl – Twoja lampa Zepter Bioptron.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Dwa niezależne zespoły badawcze stworzyły kwantowe wzmacniacze zdolne do przechowywania multipleksowanych sygnałów, przekazywania splątanych cząstek i pracy na częstotliwościach używanych w telekomunikacji. To bardzo ważny krok w rozwoju skalowalnego kwantowego internetu.
      Kwantowa sieć komputerowa nie tylko byłaby siecią znacznie bardziej bezpieczną, ale również pozwalałaby np. na dystrybucję zadań obliczeniowych pomiędzy komputerami kwantowymi, co z kolei umożliwiłoby na rozwiązywanie niezwykle złożonych problemów.
      Zasadniczym elementem kwantowego internetu będą kwantowo splatane połączenia pomiędzy węzłami takiej sieci. Problem jednak w tym, że tworzenie stanu splątanego przy dużym transferze danych na duże odległości jest bardzo trudne. Wynika to z faktu, że kwantowa informacja ulega degradacji podczas przesyłania, a zasady mechaniki kwantowej nie pozwalają na użycie standardowych wzmacniaczy. Potrzebne są więc wzmacniacze kwantowe, wzmacniające informację i podlegające zasadom fizyki kwantowej.
      Dwie niezależne grupy badawcze, jedna z hiszpańskiego Instytutu Nauk Fotonicznych (ICFO – Institut de Ciències Fotòniques), druga zaś z Uniwersytetu Nauki i Technologii Chin (USTC), pokazały, jak kwantowe układy pamięci mogą posłużyć do budowy praktycznych kwantowych wzmacniaczy.
      Oba zespoły użyły źródeł par fotonów, gdzie jeden z fotonów jest składowany w kwantowej pamięci, a drugi jest wysyłany jako sygnał rozgłaszający i potwierdzający splątanie. Multipleksing, rozumiany tutaj jako możliwość jednoczesnego składowania wielu sygnałów w postaci fotonów o różnych długościach fali jest realizowany za pomocą protokołu kwantowego optycznego grzebienia częstości. Dzięki temu taki system nie musi czekać na udane zakończenie rozgłaszania przed wygenerowaniem kolejnej pary fotonów. Co bardzo ważne, całość pracuje na częstotliwościach używanych obecnie w systemach telekomunikacyjnych, jest więc kompatybilna z już istniejącymi sieciami.
      Hiszpanie stworzyli system, który wykorzystuje pamięć kwantową przechowującą fotony w milionach atomów przypadkowo rozrzuconych w krysztale wzbogaconym metalem ziem rzadkich. Użyli przy tym różnych długości fali, 606 nm dla przechowywania i 1436 nm (częstotliwość telekomunikacyjna) dla rozgłaszania splątania. Ich system może przechowywać sygnały przez 25 mikrosekund zanim je uwolni. Splątanie uzyskiwane jest pomiędzy dwoma układami przechowującymi foton w superpozycji. Układy znajdują się w odległości 10 metrów od siebie.
      Z kolei Chińczycy wykorzystali kwantowe układy pamięci bazujące na kryształach wzbogaconych jonami metali ziem rzadkich. Zbudowali dwa węzły i stację pośrednią pomiędzy nimi. W każdym z węzłów przechowywany jest jeden z pary splątanych fotonów. Jeden z fotonów z pary uwalniany jest po 56 nanosekundach w celu analizy, a drugi przechodzi do stacji pośredniej. Dokonywany jest wspólny dla nich pomiar stanu Bella. Węzły dzieli odległość 3,5 metra.
      Musimy jeszcze pokonać sporo przeszkód technologicznych, mówi lider hiszpańskiej grup badawczej, Hugues de Riedmatten. Chcemy uzyskać lepszą stabilizację częstotliwości czy lepszą kontrolę nad liczoną w setkach nanometrów długością łączy optycznych. Pracujemy nad poprawieniem wydajności źródła,z wydłużeniem czasu przechowywania informacji w kwantowej pamięci i systemami odczytu danych. Zmierzamy w kierunku budowy wielowęzłowej sieci i zwiększenia odległości pomiędzy kwantowymi wzmacniaczami.
      Z kolei Zhou Zongquan z USTC powiedział: przeprowadziliśmy kompletną demonstrację podstawowego połączenia w kwantowym wzmacniaczu. Chińczycy zapowiadają ulepszenia źródła światła w celu zwiększenia tempa uzyskiwania splątania. Dodają, że zanim ich system znajdzie praktyczne zastosowanie, konieczne będzie znaczące poprawienie parametrów kwantowej pamięci.
      Ronald Hanson z Uniwersytetu Technologicznego w Delft chwali prace obu zespołów. Mówi, że to ważny krok w kierunku budowy praktycznych wzmacniaczy kwantowych, a niezwykle ważny jest fakt, że urządzenia pracują z częstotliwościami współczesnych sieci telekomunikacyjnych.
      Pod wrażeniem jest też Rodney Van Meter z japońskiego Keio Univeristy. Oba zespoły osiągnęły coś znaczącego: stworzyły dwie pary splątanych fotonów, przechowały po dwa fotony w różnych układach pamięci oddalonych od siebie na pewną odległość, a dwa kolejne wysłały w tym czasie, by przeprowadzić pomiar.
      Osiągnięcia USTC i ICFO zostały opisane na łamach Nature.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Chińscy naukowcy donieśli, że układ optyczny przeprowadził kwantowe obliczenia zwane gaussowskim próbkowaniem bozonu (Gaussian boson sampling – GBS) ok. 100 bilionów razy szybciej niż mogą to zrobić klasyczne superkomputery. Osiągnięciem takim pochwalili się na łamach Science Jian-Wei Pan i Chao-Yang Lu oraz ich koledzy z Chińskiego Uniwersytetu Nauki i Technologii w Hefei.
      Co prawda metoda GBS powstała po to, by wykazać, że komputery kwantowe mogą osiągnąć kwantową supremację – czyli wykonać obliczenia, jakich komputery klasyczne nie są w stanie wykonać w rozsądnym czasie – ale można ją przystosować do niektórych wyspecjalizowanych praktycznych obliczeń.
      Żeby zrozumieć, na czym polega próbkowanie bozonów, wyobraźmy sobie układ optyczny z wieloma wejściami i wyjściami. Do układu wpuszczamy pojedyncze fotony, które napotykają na różne komponenty optyczne, jak dzielniki wiązki czy lustra. Zadaniem metody próbkowania bozonów jest odgadnięcie, jak fotony pojawią się na wyjściu. Taki układ możemy więc postrzegać jako matrycę dokonującą transformacji konfiguracji fotonów wpuszczonych na wejściu w konfigurację wyjściową. Określenie konfiguracji wyjściowej jest bardzo trudne nawet dla niewielkiej matrycy z rozdzielaczy i lusterek.
      Układ optyczny, który wykorzystali Chińczycy, ma 100 punktów wejścia i 100 punktów wyjścia i składa się z losowo rozłożonych 300 rozdzielaczy wiązki i 75 lusterek. Wszystkie elementy były ze sobą nawzajem połączone, więc foton, który wszedł w dowolnym punkcie wejścia mógł pojawić się dowolnym punkcie wyjścia.
      Chińczycy poinformowali, że GBS wykonała odpowiednie obliczenia w ciągu około 200 sekund. Tymczasem najszybszy chiński superkomputer – Sunway TaihuLight – który jest 4. najpotężniejszym superkomputerem na świecie, potrzebowałby na wykonanie tych samych obliczeń... ok. 2,5 miliarda lat.
      Ten eksperyment to z pewnością kamień milowy w dziedzinie symulacji kwantowych opartych na liniowych układach optycznych, mówi Christine Silberhorn z niemieckiego Uniwersytetu w Paderborn. Silberhorn jest jednym z twórców zaproponowanej w 2017 roku metody GBS. Uczona dodała, że samo przygotowanie systemu o rozmiarach 100x100 musiało być bardzo trudne. Z jej opinią zgadza się Ian Walmsley z Imperial College London, który dodatkowo chwali chińskich naukowców za heroiczny wyczyn, jakim było przygotowanie stanów kwantowych, które są całkowicie nierozróżnialne i upewnienie się, że fotony nie zostały utracone.
      Chao-Yang Lu mówi, że wraz z kolegami na tyle ulepszyli GBS, że możliwe będzie przeprowadzenie eksperymentu na macierzy 144x144. W 2021 roku nasza maszyna GBS będzie łatwiejsza w dostrojeniu, mniejsza i bardziej stabilna. Zaczynamy zastanawiać się nad jej wdrożeniem do celów praktycznych.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Gdy naukowcy z fińskiego Uniwersytetu Aalto po raz pierwszy zobaczyli wyniki badań nad wydajnością swoich detektorów z czarnego krzemu, sądzili, że to pomyłka. Trudno im bowiem było uwierzyć nie tylko w to, że stworzyli pierwsze urządzenie fotowoltaiczne, które przekroczyło limit 100% zewnętrznej wydajności kwantowej, ale i w to, że wydajność ta od razu sięgnęła 130%. Dotychczas uważano, że 100% stanowi nieprzekraczalne teoretyczne maksimum.
      Gdy to zobaczyliśmy nie mogliśmy uwierzyć. Od razu stwierdziliśmy, że musimy zweryfikować uzyskany wynik za pomocą niezależnych pomiarów, mówi profesor Hele Savin. Niezależne pomiary przeprowadził Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), niemiecki narodowy instytut metrologiczny, najbardziej wiarygodna w tym zakresie instytucja w UE. Obok amerykańskiego NIST i brytyjskiego NPL stanowi on ścisłą światową czołówkę w dziedzinie metrologii.
      Dyrektor Laboratorium Radiometrii PTB, doktor Lutz Werner stwierdził, że gdy tylko zobaczyłem wyniki pomiarów, zdałem sobie sprawę, że mamy tutaj do czynienia z olbrzymim przełomem.
      Zewnętrzna wydajność kwantowa urządzenia wynosząca 100% oznacza, że 1 foton wpadający do urządzenia, przyczynia się do powstania 1 elektronu w zewnętrznym obwodzie. Zatem wydajność 130% to nic innego, jak generowanie przez 1 foton około 1,3 elektronu.
      Analiza wykazała, że ta wyjątkowo wysoka zewnętrzna wydajność kwantowa bierze się z procesu multiplikacji zachodzącego wewnątrz nanostruktur krzemu. Proces ten uruchamiany jest obecnością wysoko energetycznego fotonu. Dotychczas zjawiska takiego nie zaobserwowano, gdyż w urządzeniach dochodziło do dużych strat zarówno fotonów jak i elektronów. Jesteśmy w stanie zebrać wszystkie zwielokrotnione nośniki ładunku, gdyż nasze urządzenie nie wywołuje strat powodowanych przez rekombinację i odbicia, mówi profesor Savin.
      Odkrycie to oznacza, że możliwe jest znakomite zwiększenie wydajności każdego urządzenia, którego praca polega na wykrywaniu obecności fotonu. Takie urządzenia obecne są dosłownie wszędzie, w przemyśle samochodowym, w telefonach komórkowych czy w urządzeniach medycznych.
      Opracowane przez Finów detektory w czarnego krzemu już spotkały się z olbrzymim zainteresowaniem ze strony przemysłu, szczególnie biotechnologicznego oraz specjalizującego się w monitorowaniu procesów produkcyjnych.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Przez 20 lat naukowcy badali, jak światło obraca się wokół osi podłużnej równoległej do kierunku jego ruchu. Powstaje jednak pytanie, czy może się ono poruszać w inny sposób. Teraz, dzięki urlopowi naukowemu dwóch akademików dowiedzieliśmy się, że światło może obracać się wzdłuż osi poprzecznej, prostopadłej do kierunku jego ruchu. Może więc przypominać przemieszczającą się trąbę powietrzną.
      Andy Chong i Qiwen Zhan z University of Dayton postanowili z czystej ciekawości zbadać kwestię ruchu światła. Wzięliśmy urlop naukowy, by w całości skupić się na tych badaniach. Dzięki temu dokonaliśmy naszego odkrycia, mówi Chong.
      Uczeni przyznają, że nie wiedzieli, czego szukają i co mogą znaleźć. To była czysta ciekawość. Czy możemy zrobić to, albo zmusić światło do zachowywania się tak, dodaje profesor Zhan, który specjalizuje się w elektrooptyce oraz fotonice i jest dyrektorem UD-Fraunhofer Joint Research Center.
      Gdy już stwierdziliśmy, że potrafimy to zrobić [wymusić obrót światła wzdłuż osi poprzecznej – red.], powstało pytanie co dalej, dodają uczeni.
      Na razie nikt nie wie co dalej, a odpowiedź na to pytanie z pewnością będzie przedmiotem dalszych badań zarówno uczonych z Dayton, jak i innych grup naukowych. Trudno w tej chwili stwierdzić, w jaki sposób można nowe zjawisko wykorzystać. Być może posłuży ono np. do opracowania technologii szybszego i bezpieczniejszego przesyłania danych. Obecnie tego nie wiemy. Ale jedynym ograniczeniem jest wyobraźnia badaczy, dodaje Zhan. Chong i Zhan już wiedzą, co będą badali w następnej kolejności. Najbardziej interesuje ich interakcja światła z różnymi materiałami. Chcemy lepiej zrozumieć, jak ten nowy stan światła w chodzi w interakcje z materiałami w czasie i przestrzeni, stwierdza Chong.
      Ze szczegółami odkrycia można zapoznać się na łamach Nature Photonics.

      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...