Sehen Sie sich 5 Anwendungen der Quantentechnologie in unserem täglichen Leben an

Dominik Wallimann besitzt einen der beliebtesten Wissenschaftskanäle der Welt Youtubeoder Domäne der Wissenschaft. Vor einiger Zeit veröffentlichte er ein Video, das das entmystifiziert Quantentechnologie und wie nützlich diese Art der wissenschaftlichen Anwendung in unserem täglichen Leben sein kann. Für diejenigen, die kein fließendes Englisch sprechen oder keine Zeit haben, sich das Video anzusehen, bringen wir Ihnen eine spezielle Zusammenfassung des Inhalts.

Unser Freund, die Quantenphysik

Bevor Sie darüber nachdenken, wie Quantentechnologie in unserem täglichen Leben präsent ist, müssen Sie ein wenig verstehen, wie dieses mysteriöse Universum der Wissenschaft genannt wird Quantenphysik. Dieses Gebiet der Physik untersucht alle Phänomene, die in der subatomaren Welt mit Teilchen wie Elektronen, Protonen, Photonen usw. auftreten. Es befasst sich mit Themen, die sehr abstrakt und sogar verrückt erscheinen können, wie unter anderem Interlacing, Überlagerung.

Die Quantenphysik beginnt, jeden Kopf zu verwirren, wenn man erkennt, dass die meisten der gültigen Konzepte im Universum für mich, Sie, die Erde und sogar die Sonne in der subatomaren Welt einfach nicht mehr gültig sind. Aber keine Sorge, die Quantenphysik ist nicht hier, um Ihnen den Kopf zu zerbrechen, sie ist hier, um Ihnen zu zeigen, wie das Verständnis der Art und Weise, wie subatomare Teilchen interagieren, unser Leben verändern kann.

Computer

Alle digitalen Geräte verwenden heute Quantenphysik, um zu funktionieren. Ohne sie würden Sie diesen Text wahrscheinlich immer noch in einer Zeitung lesen statt auf Ihrem Notebook, Tablet oder Smartphone. Die grundlegende Komponente, aus der ein Computer besteht, ist seine CPU, das Gehirn der Maschine. Es besteht aus Tausenden von Transistoren, Teilen, die als „Ein“- und „Aus“-Schalter fungieren.

Diese Idee ist grundlegend für den Betrieb der maschinellen Berechnung, da „ein“ vom Computer als 1 und „aus“ als 0 interpretiert wird. Die binäre Darstellung wird dann von einer Reihe von Programmen umgewandelt, bis sie etwas erreicht, das ein Mensch verstehen kann . Okay, aber wo kommt die Quantenphysik ins Spiel?

Jeder Transistor besteht aus Silica, einem Halbleitermetall, das es den Elektronen von Atomen ermöglicht, unterschiedliche Energiezustände anzunehmen. Aber nur Silica ist nicht genug, also werden andere Elemente wie Phosphor oder Bor gemischt und schaffen eine logische Komponente, die die Programmierung der Zustände der Elektronen ermöglicht. Wenn also elektrischer Strom durch den Transistor fließt, ist es möglich, den Energiezustand des Elektrons wahrzunehmen, um anzuzeigen, ob der Schalter „ein“ oder „aus“ ist.

LED

Lassen Sie uns unter Ausnutzung des Konzepts der Halbleiter eine weitere Anwendung der Quantenphysik untersuchen: die Technologie LED (Leuchtdioden – Leuchtdioden). Diese Technologie ist heute in den meisten Smartphone-Bildschirmen, Fernsehern, Computern und auch in Lampen vorhanden. Auch hier ist die Quantenidee, wie diese Technologie funktioniert, sehr einfach zu verstehen.

Grundsätzlich besteht die LED-Diode aus zwei Arten von Halbleitermaterialien, die durch einen als „aktiv“ bezeichneten Bereich getrennt sind. Wenn ein elektrischer Strom durch die Diode fließt, tritt das Elektron in einem der Energiezustände in einen der Halbleiter ein und verlässt den anderen in einem anderen Zustand. Bei diesem Durchgang verliert es Energie in Form von Licht durch noch kleinere Teilchen, die Photonen genannt werden.

Die LED-Technologie hat große Fortschritte gemacht, um das von Elektronen emittierte Licht stärker und weißer zu machen und im Vergleich zu früheren Technologien, wie sie in Leuchtstofflampen vorhanden sind, eine viel größere Lichtmenge mit einem viel geringeren elektrischen Energieaufwand zu erzeugen.

Digitalkameras

Dioden, die Quantentechnologie verwenden, sind auch in Digitalkameras vorhanden. In diesem Fall werden sie Fotodioden genannt und sind in jedem Pixel der Kameralinsensensoren vorhanden. Aus diesem Grund gilt: Je mehr Megapixel das Gerät hat, desto besser wird die Bildaufnahme und liefert Ergebnisse mit immer höheren Auflösungen.

Wie die Halbleitertechnologie empfangen Fotodioden Licht und erzeugen einen elektrischen Strom, der den Energiezustand der Elektronen ändert, wenn sie von einem Ende der Diode zum anderen gelangen. An der letzten „Spitze“ der Diode befindet sich das „Negativ“ des Sensors, das das Pixel erfasst, das zusammen mit den anderen Pixeln, die von den zahlreichen Sensoren erfasst werden, das endgültige Bild erzeugt.

Laser

Vergessen Sie, was Sie mit Lasern in Science-Fiction gesehen haben, denn das Prinzip hinter dieser technologischen Anwendung besteht darin, eine Spannung an eine Mischung aus speziellen Elementen anzulegen, die Elektronen anzuregen und Licht zu erzeugen. Dies wird durch Spiegel verstärkt und erzeugt einen Lichtstrahl mit hoher Intensität (und doch haben wir immer noch kein echtes Lichtschwert ...).

Die Quantenphysik liegt hier in dem Prozess, den Laser verwenden, um den Strahl intensiven Lichts zu erzeugen: stimulierte Emission. Ein Elektron in einem Atom wird auf ein höheres Energieniveau gebracht, während ein Elektron in einem anderen Atom den umgekehrten Prozess durchläuft. Dazwischen wird Energie in Form von monochromatischem Laserlicht freigesetzt.

GPS- Ortung

Derzeit verfügen fast alle mobilen Geräte über Technologie GPS- Ortung (Global Positioning System – Globales Positionsbestimmungssystem), die es ihnen ermöglicht, den Standort des Geräts in der Welt mit einem hohen Grad an Genauigkeit zu lokalisieren. Das System funktioniert über eine Reihe von Satelliten rund um den Globus, die Signale an die Geräte senden.

Die Hauptvoraussetzung für das Funktionieren des Systems besteht darin, dass die internen Uhren der Satelliten miteinander synchronisiert werden müssen, da sie von Zeit zu Zeit ein Signal an das Gerät senden, um dessen genaue Position auf dem Globus zu ermitteln.

Um diesen Synchronismus zu erzeugen, verwenden die digitalen Systeme der Satelliten eine Quantenuhr, die ein Cäsiumatom als Zähler verwendet, das die Zeit entsprechend der Frequenz des Übergangs eines Elektrons vom Energiezustand auf ein hohes Niveau (Spin-up) oder bis generiert ein niedriges Niveau (spin down).

Wenn Sie also das nächste Mal von Quantenphysik hören, haben Sie keine Angst. Es ist näher an unserem täglichen Leben, als wir uns vorstellen können, obwohl es weiterhin verwirrend und komplex zu verstehen erscheint.