Damit Quantencomputer für die Praxis taugen, müssen Fehler erkannt und korrigiert werden. An der Universität Innsbruck hat nun ein Team von Experimentalphysikern erstmals ein universelles Set von Rechenoperationen auf fehlertoleranten Quantenbits umgesetzt und damit gezeigt, wie ein Algorithmus auf einem Quantencomputer programmiert werden kann, damit Fehler das Ergebnis nicht verfälschen. Die hohe Präzision moderner Computer hat das Auftreten von Fehler während der Verarbeitung und Speicherung von Daten zu einer Seltenheit werden lassen. Für kritische Anwendung, bei welchen schon einzelne Fehler…

Auf der Fachmesse LASER World of PHOTONICS präsentierte das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT neue Lasersysteme zur Erforschung der Erdatmosphäre. Vom 26. bis 29. April 2022 fand die Messe erstmals seit drei Jahren wieder in München statt, und die Stimmung unter den 900 Ausstellern und 15.000 Besuchern war ausgelassen. Das Interesse an den am Fraunhofer ILT ausgestellten Systemen war groß: Laser für den Weltraumeinsatz, aber auch für bodengebundene Messungen. Der Blick nach oben Die Pandemie und der Krieg in der Ukraine…

Mehr als 10.000 Unfälle mit konventionellen Gabelstaplern gibt es jedes Jahr allein in Deutschland. Das liegt vor allem an der eingeschränkten Sicht: Die Ladung, der Hubmast und die Säulen des Staplers versperren den Blick. In Zukunft soll Augmented Reality (AR) für Durchblick am Steuer sorgen und die Sicherheit erhöhen. Auf dem Display der AR-Brille, welche die Person am Steuer trägt, werden Kamerabilder aus der Umgebung eingeblendet. Dadurch erscheinen Hindernisse transparent. Die virtuelle Sichtverbesserung ist das Ergebnis des Forschungsprojekts „ViSIER“. Marktreif…

Smarte Geräte sollen unseren Alltag erleichtern. Zugleich sind sie jedoch ein Einfallstor für passive Lauschangriffe. Um eine mögliche Überwachung des Bewegungsprofils in den eigenen vier Wänden zu verhindern, haben Forschende des Max-Planck-Instituts für Sicherheit und Privatsphäre, des Horst-Görtz-Instituts für IT-Sicherheit der Ruhr-Universität Bochum und der Technischen Hochschule Köln ein neuartiges System zum Schutz der Privatsphäre bei drahtloser Kommunikation entwickelt. Das Verfahren, basierend auf der Technologie intelligenter reflektierender Oberflächen, stellen die Forscherinnen und Forscher am 24. Mai 2022 auf dem IEEE…

Eine neu veröffentlichte Studie zeigt, dass die neuromorphe Technologie für große Deep-Learning-Netzwerke bis zu sechzehnmal energieeffizienter ist als andere AI-Systeme. Das Institut für Grundlagen der Informationsverarbeitung der TU Graz und Intel Labs haben erstmals experimentell nachgewiesen, dass ein großes neuronales Netz Sequenzen (wie bspw. Sätze) auf neuromorpher Hardware um das vier- bis sechzehnfache effizienter verarbeiten kann, als auf herkömmlicher Hardware. Die neuen Forschungsergebnisse basieren auf dem neuromorphen Forschungschip Loihi (erste Generation) der Intel Labs. Loihi nutzt Erkenntnisse der Neurowissenschaften, um…

Schwerpunktprogramme der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) sollen spürbare Impulse zur Weiterentwicklung der Wissenschaft in wichtigen Themen geben. An einem neu aufgelegten Programm zum Maschinellen Lernen für molekulare Systeme in Physik und Chemie sind zwei Forschende der Jacobs University Bremen beteiligt: Dr. Peter Zaspel, Professor für Informatik, und Dr. Ulrich Kleinekathöfer, Professor für theoretische Physik. Dies verschafft ihnen außerdem Zugang zu einem bundesweiten Expertennetzwerk für den thematischen Austausch. Das Maschinelle Lernen, also die Fähigkeit mithilfe von Algorithmen wichtige Muster in Datenbeständen zu…

Anders als fiktive Laserschwerter interagieren reale Laserstrahlen nicht miteinander, wenn sie sich kreuzen – es sei denn, die Strahlen treffen sich in einem geeigneten Material, das eine nichtlineare Licht-Materie-Wechselwirkung ermöglicht. In einem solchen Fall kann die Wellenmischung zu Strahlen mit veränderten Farben und Richtungen führen. Wellenmischungsprozesse zwischen verschiedenen Lichtstrahlen sind ein Eckpfeiler des Bereichs der nichtlinearen Optik, der seit der breiten Verfügbarkeit von Lasern fest etabliert ist. In einem geeigneten Material, z.B. bestimmten Kristallen, können sich zwei Laserstrahlen gegenseitig „spüren“….

Vorhersage von Moleküleigenschaften durch Lösen der Schrödinger Gleichung am Supercomputer. Die rechnergestützte Chemie nutzt heute unserem Gehirn nachempfundene künstliche neuronale Netze, um an Supercomputern Moleküle mitsamt ihren Eigenschaften bestimmen zu können. Ein Team um Chemiker Philipp Marquetand und Mathematiker Philipp Grohs von der Universität Wien hat nun eine neue fundamentale Methode vorgestellt, die die Rechenzeiten für diese höchst langwierigen, kostenaufwendigen Rechnungen maßgeblich reduziert. Die Studie erschien jüngst in der Fachzeitschrift “Nature Computational Science”. Die Schrödinger Gleichung beschreibt das quantenmechanische Verhalten…

Neue energieeffiziente IT-Bauelemente arbeiten häufig nur bei extrem tiefen Temperaturen stabil. Daher kommt es entscheidend auf eine sehr gute Wärmeisolierung solcher Elemente an. Ein Team am HZB hat nun nanoporöse Silizium-Aluminium-Proben hergestellt, in welchen Poren und Nanokristallite die Wärmeleitfähigkeit drastisch reduzieren. Die Gruppe hat zudem ein Modell für die Vorhersage der Wärmeleitfähigkeit entwickelt, das anhand von Messdaten zur Mikrostruktur der Proben und deren Wärmeleitfähigkeit bestätigt wurde. Damit liegt erstmals eine Methode für die gezielte Entwicklung von komplexen porösen Materialien mit…

Physiker am Max-Planck-Institut für Quantenoptik und der Ludwig-Maximilians-Universität München in Zusammenarbeit mit der Stanford University haben erstmals mit Hilfe von Laserlicht den Ort von lichtinduzierten Reaktionen auf der Oberfläche von Nanopartikeln gesteuert. Starke elektromagnetische Felder auf Nanopartikeln zu kontrollieren ist der Schlüssel, um auf deren Oberflächen gezielt molekulare Reaktionen auszulösen. Eine solche Kontrolle über Starkfelder erreicht man über Laserlicht. Zwar wurden in der Vergangenheit eine laserinduzierte Entstehung und Brechung von molekularen Bindungen auf Nanopartikeloberflächen beobachtet, doch eine nanoskopische optische Kontrolle…

6 Photonen auf einen Streich! Forschergruppe entwickelt Multiphotonen-Generator. Physiker aus Ulm und Paris haben einen Generator entwickelt, mit dem sich bis zu sechs Photonen gleichzeitig erzeugen lassen. Die relativ einfach aufgebaute Apparatur könnte zukunftsträchtige Quantentechnologien auf die nächste Ebene heben – vom hochleistungsfähigen Quantencomputer bis zur abhörsicheren Informationsübertragung via Quantenkryptographie. Die Forschenden um den Experimentalphysiker Dr. Gerbold Ménard und den Theoretiker Professor Joachim Ankerhold stellen den neuartigen „Multiphotonen-Generator“ im Fachjournal „Physical Review X“ vor. Miteinander verschränkte Lichtquanten (Photonen) sind grundlegend…

In einer neuen Studie zeigen Forscher*innen um Francesca Ferlaino und Russell Bisset, wie ein atomares Gas zu einem zweidimensionalen, kreisförmigen Suprafestkörper abgekühlt werden kann. Die Methode erlaubt es der Wissenschaft, diese exotischen Materiezustände weiter zu untersuchen und nach Merkmalen wie turbulenten Wirbeln zu suchen. In den letzten Jahren ist ein neuer Materiezustand auf der Bühne der Physik erschienen: der Suprafestkörper. Dieser besitzt sowohl die Kristallstruktur eines Festkörpers als auch die Eigenschaften eines Supraflüssigkeit, die ohne Reibung fließen kann. Das Team…

Nanodrähte aus einem topologischen Isolator könnten dazu beitragen, hochstabile Informationseinheiten für künftige Quantencomputer zu entwickeln. In neuen Forschungsresultaten zu solchen Bauelementen erkennen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler einen wichtigen Schritt, um das Potenzial dieser Technologie ausschöpfen zu können. Nanodrähte, die mehr als 100-mal dünner sind als ein menschliches Haar, können wie eine Einbahnstrasse für Elektronen wirken, wenn sie aus einem besonderen Material bestehen, das als topologischer Isolator bezeichnet wird. Das berichtet ein internationales Team von Forschenden in der Fachzeitschrift «Nature Nanotechnology». Die…

Quantencomputer sollen künftig nicht nur besonders knifflige Rechenaufgaben lösen, sondern sich auch zu einem Netzwerk für den sicheren Austausch von Daten verbinden lassen. Entscheidend dafür sind so genannte Quantengatter. Doch die ließen sich bislang nicht mit ausreichend großer Effizienz realisieren. Durch die ausgeklügelte Kombination mehrerer Techniken haben Physikerinnen und Physiker am MPQ nun einen großen Schritt gemacht, um diese Hürde zu überwinden. Computer werden seit Jahrzehnten mit jeder neuen Generation schneller und leistungsfähiger. Diese Entwicklung ermöglicht es, stetig neue Anwendungen…

Mehr als zwei Billiarden verschiedene Zustände kann ein Quantensystem mit nur 51 geladenen Atomen einnehmen. Sein Verhalten zu berechnen, ist für einen Quantensimulator ein Kinderspiel. Doch nachzuprüfen, ob das Ergebnis stimmt, ist selbst mit aktuellen Supercomputern kaum noch zu schaffen. Ein Forschungsteam der Universität Innsbruck und der Technischen Universität München (TUM) hat nun gezeigt, wie solche Systeme sich mit im 18. Jahrhundert entwickelten Gleichungen überprüfen lassen. Auf den ersten Blick erscheint ein System aus 51 Ionen überschaubar. Doch selbst wenn…

Astronomen haben das erste Bild des supermassereichen Schwarzen Lochs im Zentrum der Milchstraße enthüllt. Die Beobachtungen liefert überwältigende Beweise dafür, dass es sich dabei tatsächlich um ein Schwarzes Loch handelt, und gibt wertvolle Hinweise auf die Funktionsweise solcher Giganten, die vermutlich im Zentrum der meisten Galaxien auftreten. Das Bild wurde vom globalen EHT-Forschungsteam unter Verwendung eines weltweiten Netzes von Radioteleskopen erstellt. Das MPIfR in Bonn spielt eine wichtige Rolle in allen Phasen dieser Entdeckung, von der Gründung und dem Aufbau…