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Ein aus Licht gewebter Quantenprozessor

26.10.2019

Ein internationales Team von Wissenschaftlern hat einen Prozessor für einen universellen Quantencomputer gebaut und damit zum ersten Mal in 20 Jahren Forschung auf diesem Gebiet einen ausreichend großen Clusterzustand geschaffen.

Quantencomputer versprechen, Probleme zu lösen, die für klassische Maschinen zu komplex sind, aber dafür benötigen sie viele Komponenten, und sie müssen alle relativ genau sein. Moderne Quantencomputer sind noch zu klein und machen oft Fehler. Ein neues Design von Cluster-Staaten, vorgeschlagen von Wissenschaftlern aus Australien, Japan und den USA, sorgt für den nötigen Maßstab und kann klassische Computer endlich übertreffen.

Clusterzustände sind eine Reihe verschränkter Quantenkomponenten, die Quantenberechnungen durchführen. Um für die Lösung realer Probleme nützlich zu sein, muss ein Clusterzustand sowohl groß genug sein als auch die richtige Verschränkungsstruktur aufweisen. In den 20 Jahren, seit sie vorgeschlagen wurden, konnten Wissenschaftler jedoch nicht beides gleichzeitig erreichen, erklärte Nicholas Menicucci von der University of Melbourne. „Wir waren die ersten, die beides erreicht haben“, sagte er.

Um Clusterzustände zu erhalten, wandeln speziell erzeugte Kristalle gewöhnliches Laserlicht und Quantenlicht, das sogenannte gequetschte Licht, um. Das wird dann mit einem Netzwerk aus Spiegeln, Strahlteilern und optischen Fasern zu einem Clusterzustand verwoben.

Dieses Design ermöglicht die Erzeugung eines riesigen zweidimensionalen Clusterzustands mit der Fähigkeit zur Skalierung – genug, um einen universellen Quantencomputer zu schaffen. Obwohl der Komprimierungsgrad - ein Qualitätsmaß - immer noch zu niedrig ist, um praktische Probleme zu lösen, wird das vorgeschlagene Schema es ermöglichen, hohe Komprimierungsgrade zu erreichen.

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Neueste Nachrichten aus Wissenschaft und Technik, neue Elektronik:

Maschine zum Ausdünnen von Blumen im Garten 02.05.2024

In der modernen Landwirtschaft entwickelt sich der technologische Fortschritt mit dem Ziel, die Effizienz der Pflanzenpflegeprozesse zu steigern. In Italien wurde die innovative Blumenausdünnungsmaschine Florix vorgestellt, die die Erntephase optimieren soll. Dieses Gerät ist mit beweglichen Armen ausgestattet, wodurch es leicht an die Bedürfnisse des Gartens angepasst werden kann. Der Bediener kann die Geschwindigkeit der dünnen Drähte anpassen, indem er sie von der Traktorkabine aus mit einem Joystick steuert. Dieser Ansatz erhöht die Effizienz des Blütenausdünnungsprozesses erheblich und bietet die Möglichkeit einer individuellen Anpassung an die spezifischen Bedingungen des Gartens sowie die Vielfalt und Art der darin angebauten Früchte. Nachdem wir die Florix-Maschine zwei Jahre lang an verschiedenen Obstsorten getestet hatten, waren die Ergebnisse sehr ermutigend. Landwirte wie Filiberto Montanari, der seit mehreren Jahren eine Florix-Maschine verwendet, haben von einer erheblichen Reduzierung des Zeit- und Arbeitsaufwands für das Ausdünnen von Blumen berichtet. ... >>

Fortschrittliches Infrarot-Mikroskop 02.05.2024

Mikroskope spielen eine wichtige Rolle in der wissenschaftlichen Forschung und ermöglichen es Wissenschaftlern, in für das Auge unsichtbare Strukturen und Prozesse einzutauchen. Allerdings haben verschiedene Mikroskopiemethoden ihre Grenzen, darunter auch die begrenzte Auflösung bei der Nutzung des Infrarotbereichs. Doch die neuesten Errungenschaften japanischer Forscher der Universität Tokio eröffnen neue Perspektiven für die Erforschung der Mikrowelt. Wissenschaftler der Universität Tokio haben ein neues Mikroskop vorgestellt, das die Möglichkeiten der Infrarotmikroskopie revolutionieren wird. Dieses fortschrittliche Instrument ermöglicht es Ihnen, die inneren Strukturen lebender Bakterien mit erstaunlicher Klarheit im Nanometerbereich zu sehen. Typischerweise sind Mikroskope im mittleren Infrarotbereich durch eine geringe Auflösung eingeschränkt, aber die neueste Entwicklung japanischer Forscher überwindet diese Einschränkungen. Laut Wissenschaftlern ermöglicht das entwickelte Mikroskop die Erstellung von Bildern mit einer Auflösung von bis zu 120 Nanometern, was 30-mal höher ist als die Auflösung herkömmlicher Mikroskope. ... >>

Luftfalle für Insekten 01.05.2024

Die Landwirtschaft ist einer der Schlüsselsektoren der Wirtschaft und die Schädlingsbekämpfung ist ein integraler Bestandteil dieses Prozesses. Ein Team von Wissenschaftlern des Indian Council of Agricultural Research-Central Potato Research Institute (ICAR-CPRI), Shimla, hat eine innovative Lösung für dieses Problem gefunden – eine windbetriebene Insektenluftfalle. Dieses Gerät behebt die Mängel herkömmlicher Schädlingsbekämpfungsmethoden, indem es Echtzeitdaten zur Insektenpopulation liefert. Die Falle wird vollständig mit Windenergie betrieben und ist somit eine umweltfreundliche Lösung, die keinen Strom benötigt. Sein einzigartiges Design ermöglicht die Überwachung sowohl schädlicher als auch nützlicher Insekten und bietet so einen vollständigen Überblick über die Population in jedem landwirtschaftlichen Gebiet. „Durch die rechtzeitige Beurteilung der Zielschädlinge können wir die notwendigen Maßnahmen zur Bekämpfung von Schädlingen und Krankheiten ergreifen“, sagt Kapil ... >>

Die Bedrohung des Erdmagnetfeldes durch Weltraummüll 01.05.2024

Immer häufiger hören wir von einer Zunahme der Menge an Weltraummüll, der unseren Planeten umgibt. Zu diesem Problem tragen jedoch nicht nur aktive Satelliten und Raumfahrzeuge bei, sondern auch Trümmer alter Missionen. Die wachsende Zahl von Satelliten, die von Unternehmen wie SpaceX gestartet werden, schafft nicht nur Chancen für die Entwicklung des Internets, sondern auch ernsthafte Bedrohungen für die Weltraumsicherheit. Experten richten ihre Aufmerksamkeit nun auf die möglichen Auswirkungen auf das Erdmagnetfeld. Dr. Jonathan McDowell vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics betont, dass Unternehmen rasch Satellitenkonstellationen aufbauen und die Zahl der Satelliten im nächsten Jahrzehnt auf 100 ansteigen könnte. Die schnelle Entwicklung dieser kosmischen Satellitenarmadas kann zu einer Kontamination der Plasmaumgebung der Erde mit gefährlichen Trümmern und einer Gefahr für die Stabilität der Magnetosphäre führen. Metallabfälle von gebrauchten Raketen können die Ionosphäre und Magnetosphäre stören. Beide Systeme spielen eine Schlüsselrolle beim Schutz und der Erhaltung der Atmosphäre ... >>

Verfestigung von Schüttgütern 30.04.2024

In der Welt der Wissenschaft gibt es viele Geheimnisse, und eines davon ist das seltsame Verhalten von Schüttgütern. Sie verhalten sich möglicherweise wie ein Feststoff, verwandeln sich aber plötzlich in eine fließende Flüssigkeit. Dieses Phänomen hat die Aufmerksamkeit vieler Forscher auf sich gezogen, und wir könnten der Lösung dieses Rätsels endlich näher kommen. Stellen Sie sich Sand in einer Sanduhr vor. Normalerweise fließt es frei, aber in manchen Fällen bleiben seine Partikel stecken und verwandeln sich von einer Flüssigkeit in einen Feststoff. Dieser Übergang hat wichtige Auswirkungen auf viele Bereiche, von der Arzneimittelproduktion bis zum Bauwesen. Forscher aus den USA haben versucht, dieses Phänomen zu beschreiben und seinem Verständnis näher zu kommen. In der Studie führten die Wissenschaftler Simulationen im Labor mit Daten aus Beuteln mit Polystyrolkügelchen durch. Sie fanden heraus, dass die Schwingungen innerhalb dieser Sätze bestimmte Frequenzen hatten, was bedeutete, dass sich nur bestimmte Arten von Schwingungen durch das Material ausbreiten konnten. Erhalten ... >>

Zufällige Neuigkeiten aus dem Archiv

Uhrengene ändern sich mit dem Alter 26.02.2017

Vieles in einem lebenden Organismus hängt von zirkadianen Rhythmen ab: Dies ist nicht nur der Wechsel von Schlaf und Wachzustand, sondern auch die Merkmale der Gedächtnisbildung, die Umstrukturierung neuronaler Schaltkreise, Immunität, Stoffwechsel usw. Sowohl Schlaf als auch Immunität und alles, alles , alles wird von einer Vielzahl von Genen gesteuert, und rhythmische Veränderungen sind darauf zurückzuführen, dass viele von ihnen zu verschiedenen Tageszeiten unterschiedlich arbeiten, ihre Aktivität entweder zunimmt oder abnimmt.

Treten jedoch einige Fehlfunktionen in den Rhythmen auf, wenn zum Beispiel Gene zur falschen Zeit zu aktivieren beginnen oder ihre rhythmische Aktivität ganz verschwindet, dann bekommt der Körper ernsthafte Probleme. Es ist beispielsweise bekannt, dass sich aufgrund der verdorbenen "Uhr" neurodegenerative Prozesse entwickeln, der intrazelluläre Stress zunimmt und Stoffwechselprobleme beginnen. Das Gleiche passiert übrigens mit dem Alter, weshalb allgemein angenommen wurde, dass altersbedingte Krankheiten unter anderem durch Störungen in der Regulation des circadianen Rhythmus entstehen.

Die biologische Uhr ändert sich zwar im Laufe des Lebens, aber hier geht es offenbar nicht nur und nicht so sehr um die allgemeine Dämpfung, „Begradigung“ von Rhythmen. Forscher der University of Oregon beschlossen, zu vergleichen, wie sich die Uhr bei Fruchtfliegen mit dem Alter ändert.

Es ist bekannt, dass die Aktivität eines Gens durch die Menge an Boten-RNA (mRNA) bestimmt werden kann, die auf diesem Gen synthetisiert wird. Boten-RNA dient, grob gesagt, als Vermittler zwischen der DNA und den molekularen Maschinen, die Proteine zusammensetzen. Wenn wir einige Details vernachlässigen, können wir im Allgemeinen sagen, dass je mehr mRNA synthetisiert wird, desto mehr Protein wird gewonnen und desto stärker spürt die Zelle die Arbeit des Gens. Die RNA-Synthese wiederum unterliegt verschiedenen Regulatoren, darunter der Mechanismus der zirkadianen Rhythmen. Und wenn wir analysieren, wie sich der Gehalt an Boten-RNA eines bestimmten Gens im Laufe des Tages verändert, dann finden wir heraus, ob das Gen vom Tagesrhythmus abhängt oder nicht.

Die Wissenschaftler verglichen die RNA, die aus verschiedenen Genen in Fruchtfliegen im Alter von fünf und fünfundfünfzig Tagen synthetisiert wurde. (Ein Tag im Leben einer Drosophila entspricht einem Jahr eines menschlichen Lebens, Sie können sich also vorstellen, wie groß der Altersunterschied zwischen diesen Versuchsfliegen war.) Und diese anderen hatten Gene, die einem Tagesplan folgten, aber mit dem Alter haben viele Gene tägliche Aktivitätsänderungen verschwanden, und nur 45 % blieben bei älteren Fliegen "rhythmisch aktiv". Es scheint, dass es eine altersbedingte Abschaltung der biologischen Uhr gibt. Wie die Autoren in Nature Communications schreiben, wurden bei älteren Fliegen jedoch plötzlich andere Gene rhythmisch, die zuvor nicht auf die Anweisungen der inneren Uhr reagiert hatten.

Viele der "späten rhythmischen" Gene waren Anti-Stress-Gene. Sie wirkten nicht nur bei alten Fruchtfliegen, sondern auch bei jungen – dafür mussten Insekten oxidativen Stress arrangieren, indem sie sie in eine Umgebung mit hohem Sauerstoffgehalt brachten. Merkwürdigerweise begannen die Anti-Stress-Gene, wenn sie in jungen Fliegen eingeschaltet wurden, in einem zirkadianen Rhythmus zu arbeiten – das heißt, auf die gleiche Weise, wie sie in alten Fliegen funktionierten. Und wenn bei Drosophila das Uhr-Gen, das als der wichtigste „Uhrmacher“ gilt und von dem die rhythmische Aktivität anderer Gene abhängt, ausgeschaltet wurde, dann funktionierten bei jungen Insekten die Anti-Stress-Gene nicht mehr entsprechend dem Tageszyklus.

Aus den erhaltenen Ergebnissen ergeben sich mehrere wichtige Schlussfolgerungen. Erstens, wie wir bereits gesagt haben, kann nicht argumentiert werden, dass die biologische Uhr mit dem Alter einfach zusammenbricht - die Tatsache, dass einige Gene im Tagesrhythmus irgendwann nicht mehr "aktiv" sind, bedeutet, dass andere ihren Platz in der biologischen Uhr einnehmen. Zweitens, wie sich herausstellte, arbeiten einige Anti-Stress-Gene in einem rhythmischen Modus, unabhängig vom Alter ihres Besitzers. In der Jugend verkraftet der Körper den gleichen oxidativen Stress ohne Mehraufwand, und es ist nur im Extremfall notwendig, die entsprechenden Gene anzuschalten, aber wenn dies passiert, arbeiten sie wieder "durch die Uhr".

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