Aarhus University Seal / Aarhus Universitets segl

Kvantefysik

Night Vision - nattebriller

Hej.

Jeg er blandt andet medlem af hjemmeværnet og derfor interesseret i Night vision. Som jeg har forstået det, konverterer krystallerne brugt i grønne laser pointers, et IR lys til det udsendte grønne lys... Men hvis de kan det, burde det så ikke være muligt at lave et par krystal solbriller og derved have passive, ikke energikrævende infrarøde briller? Eller vil det kræve, at de bliver suppleret med en IR lommelygte? 

Med venlig hilsen JO.


Kære JO.

Din ide er faktisk rigtig god, men i praksis vil den desværre ikke virke. I en grøn laser pointer sidder der en krystal, der typisk konverterer infrarødt lys til grønt lys ved en bølgelængde på 532 nm. Dette sker ved, at lysets frekvens fordobles ved en proces, der kaldes ”non-linear frequency doubling”. Uheldigvis er effektiviteten af denne process proportional med kvadratet på intensiteten af det oprindelige lys, og den virker derfor kun ved store intensiteter af det infrarøde lys og er derfor ubrugelig til de små infrarøde intensiteter, der udsendes for eksempel fra mennesker – ja selv til at se refleksionen fra legemer belyst med en ”infrarød lommelygte”.

Der er andre problemer: For det første er det meget vanskeligt at producere frekvens-doblende krystaller så store, som dit apparat ville kræve. For det andet virker krystallerne kun ved én bestemt infrarød bølgelængde, hvilket også sætter en stopper for dit projekt, desværre.

Venlig hilsen
Jan Arlt, lektor
Institut for Fysik og Astronomi


Fotoelektrisk effekt

Kære brevkasse

I visse gymnasielærebøger omtales den fotoelektriske effekt i forbindelse med en (fx) zink-plade, der inden forsøget er negativt opladet; mens andre lærebøger ikke nævner noget om, at pladen skal være tilført ekstra elektroner, inden man starter "foton-beskydningen".

Giver det en forskel i det målte løsrivelsesarbejde?

Vh

RC


Kære RC

Det er ikke afgørende for den fotoelektriske effekt, om metalpladen man benytter er ladet eller ej. Men det er helt naturligt at undre sig over, om ikke løsrivelsesarbejdet afhænger af, om der er ladning eller ej til stede.

Det vigtige at huske på er, at de elektroner man faktisk kan rive løs ved beskydning af metallet med en passende lyskilde (med rette fotonbølgelængde) kommer fra området lige omkring overfladen, da elektroner længere inde ikke kan slippe ud uden at støde ind i andre atomer/elektroner og blive banket tilbage på plads, om man så må sige. Samtidigt er det således at når man oplader et metal, så vil den ekstra ladning altid blive skubbet ud til overfladen, idet det totale elektrostatiske felt altid er nul inde i metaller. (Det sidste sørger elektronerne inde i metallet for ved at bevæge sig rundt således, at de præcis ophæver effekten af overfladens ekstra ladning indvendigt i metallet (det følger af de fundamentale ligninger for elektrodynamik, de såkaldte Maxwell ligninger)).

Løsrivelsesarbejdet vil derfor afhænge af alle de betingelser omkring overfladen, som vi kunne finde på at ændre. Således både om der er ladninger tilstede og om der for eksempel sidder urenheder på overfladen (hvilket typisk er tilfældet).

Jeg gætter på, at grunden til at nogle bøger nævner muligheden for at oplade metallet og at andre ikke gør, er at dette er en god måde at lave forsøg med den fotoelektriske effekt. Vil man vide mere om dette, kan man søge på det såkaldte 'Gold-leaf electroscope', som blandt andet er beskrevet på den engelske version af Wikipedias side om 'Photoelectric effect', der er en fyldig ressource som både indeholder historisk baggrund, teoretisk gennemgang og eksempler på anvendelser.

Venlig hilsen Nikolaj Zinner
Adjunkt


Hvad er status på kvantecomputeren?

Spørgsmål fra JJ:

Jeg læste lige at nobelprisen er givet til to forskere, der arbejdede med håndtering af kvantesystemer. En af de ting der fremhæves er, at det kan bruges i de små spæde skridt til en kvantecomputer. Men da vi startede på universitet sidste år, hørte vi om en projekt på AU, hvor taleren mente at de var ca 2/3 fra en kvantecomputer. Hvordan hænger dette sammen? Hvad er status egentligt på kvantecomputeren?

Venlig hilsen JJ


En kvantecomputer har eksisteret siden 2001. Den havde dengang 7 kvantebits og kunne udregne 3*5=15. I dag er rekorden 14 kvantebits. Det går altså langsomt med at lave en stor-skala kvantecomputer.

Nobelprisen i år blev givet for de første eksperimenter der viste kontrol af enkelte ioner og fotoner. Det er denne kontrol, kvantecomputeren bygger ovenpå.

Her i Århus arbejder vi på en anderledes tilgang. I stedet for at bygge kvantecomputeren op fra bunden én kvantebit af gangen som mange af de andre grupper, vil vi prøve at lave et system på  én gang der har hundredevis af kvantebits.

For at kunne gøre det skal man have:

  1. Et system med hundredevis af kvantebits
  2. Kunne manipulere kvantebits enkeltvis, altså flippe mellem 0 og 1
  3. Kunne lave en såkaldt 2-kvantebits operation.

Vi har gennem eksperimenter i de sidste par år klaret de to første og er derfor 2/3 af vejen til at have vist i princippet at en stor skala kvantecomputer er mulig.

Det sidste skridt er meget svært og det er derfor vi arbejder med ”the quantum computer game” hvor brugerne af internettet skal hjælpe med at løse de tekniske udfordringer.

Du kan læse mere om projektet på vores hjemmeside www.scienceathome.org, og mere specifikt om kvantecomputeren på dette link.

Venlig hilsen

Jacob Sherson,

adjunkt, PhD.