365 gute Dinge

Schlagwort: Robert Czepel

  • #273 Erstes interkontinentales Telefonat mit Quantenverschlüsselung geglückt

    Als Johann Philipp Reis 1861 sein „Telephon“ erstmals vorstellte, sprach er Sätze wie „Das Pferd frisst keinen Gurkensalat“ in das Mikrofon. 156 Jahre später, am 29. September 2017 war es der Satz „Professor Zeilinger, can you hear us?“, der einen neuen Fortschritt in der Geschichte der Telefonie, der Verschlüsselung und der physikalischen Übertragung markierte: Denn WissenschaftlerInnen aus China und Österreich gelang das erste interkontinentale Videotelefonat – „unter Verwendung der Verschlüsselungsmethoden der Quantenphysik.“ (derStandard.at)

    Anton Zeilinger, Präsident der Österreichischen Akademie der Wissenschaften, beim ersten interkontinentalen Quanten-Videotelefonat mit einem Modell des Satelliten
    Anton Zeilinger, Präsident der Österreichischen Akademie der Wissenschaften, beim ersten interkontinentalen Quanten-Videotelefonat mit einem Modell des Satelliten „Micius“. © ÖAW

    Das Gespräch zwischen den beiden Präsidenten (Alfred Zeilinger ist der Präsident der Österreichischen Akademie der Wissenschaften, Chunli Bai der Präsident des chinesischen Pendants) war laut ihrer Aussage der erste Versuch – und wurde mutigerweise vor laufenden Kameras, bei großem Medieninteresse, live durchgeführt.

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    Quo vaditis, Quanten?

    Um die Technik dahinter zu verstehen, muss weit ausgeholt werden: In diesem kurzen Video erklärt Dr. Quantum, der animierte, aber auch sehr kluge Professor, die grundlegenden Gedankengänge bei der Arbeit mit Quantenmechanik.

    In diesem Bereich wird auf der ganzen Welt geforscht: Auf der Quantenkonferenz im Juni 2017 erklärte Rainer Blatt, wissenschaftlicher Direktor am Institut für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI) in Innsbruck/Österreich zum Thema Quantencomputer: „Wir sind im Moment auf dem Niveau eines Röhrencomputers“ (golem.de). Doch die Zeit der Quantencomputer wird kommen – und zum Teil den herkömmlichen Computer ersetzen. Ebenfalls untersucht werden Quantensensoren: Sie sind nur wenige Nanometer groß und können z.B: im Inneren eines einzelnen Stickstoffatoms sitzen. In etwas ferner Zukunft sollen solche Sensoren im Blut von PatientInnen unterwegs sein und dort Krankheiten im Frühstadium erkennen.

    Unter Verschluss: Die Kommunikation nach Quantenart

    Das chinesisch-österreichische Gespräch wäre nie zustande gekommen ohne dem Quantensatelliten Micius, der seit letztem Jahr in 600 Kilometer Höhe um die Erde fliegt.

    Der Satellit sendete verschränkte Photonenpaare (Lichtteilchen) an die Bodenstationen in China und Österreich. Diese Teilchen haben eine zufällige Schwingungsrichtung (Polarisation) – das ist der sogenannte „erste Quantenschlüssel“ – der Sender und der Empfänger haben dieselbe Polarisation.

    Und nachdem die Bodenstation in Graz (Österreich) den Schlüssel beim Satelliten hinterlegt hat, mussten die Chinesen dasselbe tun – daraus wurde der „zweite Quantenschlüssel“. Durch die beiden Schlüssel und einem kombinierten Schlüssel ist das Gespräch vollkommen abhörsicher.

    Denn das ist das Besondere an der Technologie: Wenn jemand versucht, die Photonen abzufangen oder die Polarisation (den Quantenschlüssel) zu messen, verändert sich der Zustand der Teilchen und die Verbindung fliegt auf. Es kann also Angriffe auf diese Form der Kommunikation geben, aber es kann nichts abgehört werden.

    Erst der Anfang

    Obwohl die Theorie der Quantenmechanik bereits seit rund 90-100 Jahren die ForscherInnen beschäftigt, stehen die Ergebnisse erst am Beginn: Das abhörsichere Videotelefonat lief noch über das herkömmliche Internet – auch hier sollte in der Zukunft eine Quantenversion folgen.

    Quantenphysiker Robert Ursin erklärte beim Experiment:  „dass es auf der Basis dieser Technologie in fünf bis sechs Jahren ein kommerziell nutzbares Quanten-Internet geben wird. Allerdings brauchen Sie dazu teure Geräte am Dach. Das hat nur Sinn, wenn bei Spionage großer wirtschaftlicher Schaden droht. Bücher bei Amazon brauchen Sie nicht im Quanten-Internet bestellen.“ (wienerzeitung.at)

    Das Experiment hat aber eines gezeigt, wie Journalist Robert Czepel auf science.orf.at schreibt: „Die Verschlüsselung nach Quantenart ist in der interkontinentalen Kommunikation angekommen.“

    Weiterführende Links und Quellen:

    Bildquelle: Pressefotos der Österreichischen Akademie der Wissenschaften, Titelbild: © Johannes Handsteiner/ÖAW, restliche Bilder: © ÖAW

  • #106 Neues solar-betriebenes Gerät gewinnt Trinkwasser aus der Luft

    ForscherInnen des Massachusetts Institute of Technology (MIT) und der University of California (UC), Berkeley haben ein kompaktes Gerät entwickelt, welches mit der Wärme der Sonne und der in der Luft befindlichen Feuchtigkeit Trinkwasser herstellen kann.

    Der Journalist Robert Czepel hat die Funktionsweise in seinem Beitrag auf science.orf.at sehr gut erklärt:

    Herzstück der Maschine ist eine metallorganische Verbindung, kurz „MOF“ genannt, die so ähnlich wie ein Schwamm funktioniert: Sie nimmt Wasser aus der Luft auf und lagert es an ihrer Oberfläche an. Arbeitsschritt zwei erledigt die Sonne. Ihre Wärme sorgt dafür, dass das Wasser den metallorganischen Schwamm als Dampf verlässt und sich schließlich an einer Kondensatoroberfläche sammelt, von wo es in einen Behälter rinnen kann. (science.orf.at)

    Die ForscherInnen aus Berkeley sind für die Entwicklung der MOF zuständig, die ForscherInnen am MIT machten daraus den „Luftentfeuchter“. Wasser aus der Atmosphäre zu gewinnen ist keine neue Entwicklung: Doch oftmals brauchten die Prozesse das Vorhandensein von 100 Prozent relativer Luftfeuchte und jede Menge Energie. Das ist hier anders: Selbst in Wüsten wie der Sahara, Gobi oder Kalahari, welche oftmals nur eine Luftfeuchtigkeit von rund 20 Prozent aufweisen, würde dieses Gerät funktionieren. Die einzige Energiequelle, die benötigt wird, ist die Sonne. Mit dem aktuellen Prototypen gelingt es, innerhalb von 12 Stunden 2,8 Liter aus der Luft zu gewinnen – benötigt dafür wird etwas unter 1 Kilogramm des MOF.

    In diesem Video erklärt Professor Omar Yaghi die Funktionsweise des Geräts:

    Der im Journal Science vorgestellte Prototyp arbeitet mit einer MOF-Variante, welche 20 % ihres Gewichts an Wasser aufnehmen kann – in Zukunft sollen das aber 40 % oder mehr sein. Damit diese Entwicklung mehr und mehr Menschen (vor allem in Bereichen der Welt, wo der Zugang zu sauberem Trinkwasser nicht vorhanden ist) erreicht, braucht es jetzt die Industrie, die diesen Prototypen weiterentwickelt und schließlich produziert. Das deutsche Chemieunternehmen BASF ist bereits an Bord, die ersten Geräte könnten bereits in ein paar Jahren auf den Markt kommen.

    Sowohl Omar Yaghi von der UC Berkeley als auch Evelyn Wang vom MIT sind überzeugt, dass sie mit ihrem Prototypen nur zu einem kleinen Teil das Potential dieses Konzepts erschlossen haben.

    Weiterführende Links und Quellen:

    Bildquelle: CC0 Public Domain, PublicDomainPictures, Pixabay