30.10.2019

Chaos mit Verzögerung

Laminares Chaos bei Laserstrahlung hat mögliche Anwendungen in Kryptographie, Kommunikationstechnik und Datenverarbeitung.

Den Wissenschaftlern Joseph D. Hart und Rajarshi Roy von der Universität Maryland in Kooperation mit Physikern der Technischen Universität Chemnitz unter Leitung von Günter Radons (AG Komplexe Systeme und Nichtlineare Dynamik) ist ein wichtiger Schritt in der Chaos-Forschung gelungen. In einem Experiment bestätigten die Forscher aus den USA die Vorhersage eines neuen Typs von Chaos, die im Jahr 2018 durch ihre Chemnitzer Kollegen David Müller-Bender, Andreas Otto und Günter Radons gemacht wurde und bereits damals große internationale Beachtung fand.
 

Abb.: Opto­elektronischer Versuchs­aufbau an der Universität Maryland. Im...
Abb.: Opto­elektronischer Versuchs­aufbau an der Universität Maryland. Im Vorder­grund ist das FPGA zu sehen, mit dem die zeitliche Variation des Delays realisiert wurde. (Bild: R. Roy)

Wie die Forscher herausfanden, kann die unscheinbare Modifikation eines bereits bekannten Laser-Experiments unter zeit­verzögerter Rückkopplung zu völlig neuartigen Intensitäts­variationen des Laserlichts führen. Die Forscher nannten das „laminares Chaos“. Die dafür notwendige periodische Variation des Delays wurde nun durch die US-Wissenschaftler in deren Aufbau durch ein „Field Programmable Gate Array“ (FPGA), ein sehr schneller programmier­barer integrierter Schaltkreis, realisiert. 

Im Gegensatz zu den bereits bekannten hochfrequenten, chaotischen Oszillationen ergab sich die vorhergesagte Folge von Plateaus. Diese scheinbar geordnetere Abfolge ist dennoch chaotisch, da die Plateauhöhe von Plateau zu Plateau chaotisch variiert. Da die Plateau­struktur potentiell unempfindlich gegenüber Störungen ist und sich die Plateau­höhe praktisch beliebig variieren lässt, eignet sich diese Signalform als Informations­träger.

In einer aktuellen Veröffentlichung berichten die Chemnitzer Wissenschaftler gemeinsam mit ihren Kollegen aus Maryland nun über die experimentelle Realisierung des laminaren Chaos und dessen Robustheit gegenüber Störungen. Die Ergebnisse eröffnen neue Anwendungen für moderne Informations­technologien. So kann der beschriebene elektro-optische Versuchs­aufbau ein erster Schritt zur Nutzung des laminaren Chaos in der schnellen optischen Realisierung von abhörsicherer Kommunikation durch Ausnutzen der schlechten Vorhersag­barkeit chaotischer Dynamik (Chaos-Kommunikation und Chaos-Kryptographie) und des Reservoir-Computings sein.

TU Chemnitz / DE
 

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