Physik in unserer Zeit 4 / 2024

Eine der wichtigsten Ressourcen für optische Quantencomputer und Quantenrepeater sind photonische Clusterzustände, die aus vielen, auf eine bestimmte Art miteinander verschränkten Lichtteilchen bestehen. Ein wesentlicher Baustein für die Erzeugung beliebig großer Clusterzustände und damit der Skalierbarkeit photonischer Quantencomputer sind sogenannte angekündigte Greenberger-Horne-Zeilinger-(GHZ-) Zustände mit drei verschränkten Photonen. Nun ist es an der Universität Wien zum ersten Mal gelungen, eben solche angekündigten GHZ-Zustände zu erzeugen.                        

Ein einziger exotischer Kernzustand in ²²⁹Th eignet sich, um daraus eine höchstgenaue Kernuhr als Konkurrenz zu den etablierten Atomuhren aufzubauen. Daraus ergeben sich faszinierende neue Perspektiven für vielfältige Anwendungen, nicht nur als Zeitmesser. Eine Kernuhr wäre auch ein interessanter Sensor für neue Physik, was eine etwaige zeitliche Veränderung von Naturkonstanten oder die Suche nach ultraleichter Dunkler Materie einschließt.                      

Maschinelles Lernen und künstliche neuronale Netze sind in aller Munde. Unsere derzeitige Hardware ist jedoch nicht besonders geeignet, die Funktionsweise künstlicher Neuronen zu emulieren. Weniger bekannt ist, dass sogar Wasser und verschiedene andere Materialien sich zum modernen Rechnen eignen. Als Reservoir eines sogenannten Reservoir-Computers können sie komplexe Probleme lösen.                      

Die wärmeren Temperaturen des globalen Klimawandels verstärken den Wasserkreislauf, Verdunstung und Niederschlag nehmen zu. Aber auch Extremereignisse wie Starkregen, Hochwasser, Trockenperioden und Dürren häufen und intensivieren sich. Wie passt das zusammen? Einfache physikalische Betrachtungen zeigen, welche Faktoren hauptsächlich die Stärke des Wasserkreislaufs im Erdsystem regulieren und wie dies die Wasserverfügbarkeit auf dem Festland bestimmt. Damit lassen sich die beobachteten Änderungen der Wasserbilanz in Deutschland interpretieren und dessen zunehmende Trockenheit erklären.

Wie die Ringe des Saturn beschaffen und wie sie entstanden sind, war 1974 noch nicht so recht bekannt. Raumsonden änderten dies. Trotzdem wissen wir längst nicht alles.                           

Eine vom Sonnenlicht durchstrahlte Wasserflasche bricht, streut, reflektiert das Licht und zeigt dies in farbigen Phänomenen.