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Quantenflöte

26.07.2022

Amerikanische Wissenschaftler haben eine „Quantenflöte“ entwickelt, die Photonen dazu bringen kann, sich synchron zu bewegen und miteinander zu interagieren, etwas, das sie in der Natur fast nie tun. Das Gerät könnte dazu beitragen, zukünftige Quantencomputer-Designs zu verbessern.

Wie das gleichnamige Musikinstrument ist auch die „Quantenflöte“ des Teams ein Stück Metall mit einem langen Hohlraum in der Mitte, der durch eine Reihe von Löchern von der Oberfläche zugänglich ist. Aber dieses Gerät ist nicht für Schallwellen ausgelegt, sondern für Licht.

„Genau wie bei einem Musikinstrument kann man eine oder mehrere Wellenlängen von Photonen durch alles schicken, und jede Wellenlänge erzeugt eine ‚Note‘, die zur Codierung von Quanteninformationen verwendet werden kann“, sagte David Schuster, Hauptautor der Studie.

In ihren Experimenten mit dem Gerät konnten die Forscher das Zusammenspiel von bis zu fünf Noten oder Qubits gleichzeitig steuern, indem sie einen supraleitenden Stromkreis als Master-Qubit verwendeten. Dies zeigt, dass eine Skalierung des Systems die Verwaltung zukünftiger Quantencomputer erheblich vereinfachen kann.

„Wenn Sie einen Quantencomputer mit 1 Bits bauen wollten und sie alle mit einem einzigen Bit steuern könnten, wäre das unglaublich wertvoll“, sagte Schuster.

Eine „Quantenflöte“ ist ein Stück Metall mit darin gebohrten Löchern, das Photonen unterschiedlicher Wellenlängen einfangen und manipulieren kann, um Quanteninformationen zu kodieren. Aber das vielleicht Seltsamste an dieser „Quantenflöte“ ist, dass sie funktioniert, indem sie Photonen manipuliert, um Dinge zu tun, die sie in der Natur selten tun.

Diese Lichtteilchen interagieren normalerweise nicht miteinander, das heißt, sie gehen aneinander vorbei oder sogar durcheinander hindurch. Unter bestimmten Bedingungen können sie manchmal dazu gebracht werden, paarweise zu interagieren, aber in dem neuen Gerät war das Team in der Lage, alle Photonen gleichzeitig miteinander zu interagieren, nachdem die Energie im System einen kritischen Punkt erreicht hatte.

Normalerweise sind die meisten Partikelwechselwirkungen eins-zu-eins – zwei Partikel prallen ab oder werden voneinander angezogen. Wenn Sie ein drittes hinzufügen, interagieren sie in der Regel immer noch konsistent miteinander. Aber in diesem System interagieren sie alle gleichzeitig.

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Sauerstoffproduzierende Steine 11.12.2021

Der grüne Stein Serpentinit, der wie Schlangenhaut aussieht und eine flüssige Struktur hat, war angeblich ein Schlüsselfaktor beim Sauerstoffrecycling und half dabei, die Atmosphäre für das Leben auf der Erde zu schaffen.

Die Erde befindet sich ständig in einem Kreislauf der Verarbeitung von Wasser und Sauerstoff, von dem das Leben buchstäblich abhängt, wenn tektonische Platten tief in den Körper des Planeten eintauchen. Elemente werden nach unten gezogen, wenn Teile der Kruste sich gegenseitig verschieben und dann durch aktive Vulkane an die Oberfläche "schwimmen".

„Dieser Zyklus ist sehr wichtig. Er sagt Ihnen, wie viel Sauerstoff sich über der Oberfläche befindet und wie dieses Volumen durch Subduktion verändert und aufrechterhalten wird“, sagt Esteban Gazelle, außerordentlicher Professor für Erd- und Atmosphärenwissenschaften am Cornell College of Engineering. Und obwohl dieser Zyklus bekannt ist, blieben die Details des Prozesses – wie genau die Subduktion Sauerstoff reproduziert – immer Gegenstand von Diskussionen.

Zuvor suchten Forscher nach Hinweisen, indem sie den Sauerstoffgehalt im Erdmantel maßen, einer mit Magma gefüllten Schicht unter der Kruste. Dank Vulkanen war es möglich, dorthin zu schauen. Einige Geologen haben festgestellt, dass sich die Versauerung unter Vulkanbögen verstärkt, wo hydratisierte ozeanische Lithosphäre in den Mantel eintaucht. Die führende Theorie betrachtete die Ozeane als Hauptfaktor: Wasser, das Wasserstoff in den Mantel transportierte, beeinflusste den Oxidationsprozess. Doch in der neuen Studie liegen die Dinge anders: Sauerstoff dringt mit Flüssigkeiten in den Mantel ein, die durch Druck und Hitze aus Serpentinit herausgepresst werden.

Unter dem Grund der Ozeane und Meere entstehen durch den Prozess der Serpentinisierung (wenn ultramafische Gesteine durch die Wirkung von Thermalwasserlösungen in andere umgewandelt werden) Gesteine mit sauerstoffreichen Flüssigkeiten im Inneren. Und dann werden diese Steine vom Erdmantel absorbiert.

Früher oder später werden diese Serpentinitsäfte aus der tektonischen Platte gepresst. Wenn sich die Platte bewegt und im richtigen Winkel steht, strömen Flüssigkeiten aus und versorgen den Mantel unter den Vulkanen mit Sauerstoff. Gleichzeitig ist die Oxidation in kalten Subduktionszonen noch aktiver.

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