02.07.2018

Eine neue Form von Chaos

Potenzielle Anwendung für Kommuni­ka­tions­technik, Krypto­graphie und Daten­ver­arbei­tung.

Seit fast vierzig Jahren ist bekannt, dass in Lasern mit zeit­ver­zögerter Rück­kopp­lung des Aus­gangs­signals chao­tische Inten­si­täten auf­treten können. Für viele Anwen­dungen ist diese Form von Chaos aber zu stör­an­fällig. Das könnte sich jetzt durch die Ent­deckung von David Müller, Andreas Otto und Günter Radons von der TU Chemnitz ändern. Die drei Forscher fanden heraus, dass eine unschein­bare Modi­fi­ka­tion solcher Experi­mente in Form einer perio­dischen Vari­a­tion der Zeit­ver­zöge­rung der Rück­kopplung zu völlig anderen, neu­artigen Inten­sitäts­varia­tionen führen kann, welche durch eine Abfolge von Plateaus gekenn­zeichnet sind.

Abb.: Günter Radons (Mitte), Andreas Otto (links) und David Müller gehen dem Chaos auf den Grund. (Bild: J. Müller)

Das Besondere an diesem „laminares Chaos“ ist, dass einer­seits die Lage und die Form der Plateaus wider­stands­fähig gegen Störungen sind, anderer­seits deren Höhe chao­tisch von Plateau zu Plateau vari­iert und damit als Infor­ma­tions­träger dienen kann. Durch diese hohe Robust­heit des Infor­ma­tions­gehalts gegen­über Störungen wird die neu ent­deckte Form des Chaos für moderne Infor­ma­tions­techno­logien inte­res­sant, etwa für schnelle optische Reali­sie­rungen der Chaos-Kommu­ni­ka­tion, der Chaos-Krypto­graphie und des Reser­voir-Computing.

Als „Chaos“ bezeichnen Physiker eine Bewegungs­form, die sehr irregulär erscheint aber gleich­zeitig klaren Gesetzen folgt. Fast alle Systeme haben diesen Charakter, was länger­fristige Vorher­sagen unmög­lich macht. Bekannte Beispiele aus dem all­täg­lichen Leben sind das Wetter oder die Ziehung der Lotto­zahlen. Aber auch Laser­licht oder die Größe von Bakterien­kolonien können sich chaotisch ver­halten. Die als „Delay“ bezeichnete Ver­zöge­rungs­zeit zwischen Ursache und Wirkung kann in vielen Fällen nicht ver­nach­lässigt werden, was extrem kompli­zierte Bewegungs­formen bewirken kann.

TU Chemnitz / RK

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