Infopunkte Naturwissenschaft

raum&zeit-Ausgabe 218

Quantencomputer für Verkehrsleitsysteme

In raum&zeit Nr. 212 berichteten wir über den Stand der Forschungen zum Quantencomputer, der eine technologische Revolution auslösen könnte. Wer glaubt, dergleichen liege noch in ferner Zukunft, wird sich wohl sehr bald eines Besseren belehren lassen müssen. So hat der Volkswagenkonzern, über dessen Kooperation mit der kanadischen Firma D-Wave wir berichteten, nun den Einsatz eines D-Wave-Quantencomputers zur Steuerung von Verkehrs-Leitsystemen bekannt gegeben. Die Forscher speisten in dem Versuch in Barcelona Bewegungsdaten von Verkehrsteilnehmern, die diese via Smartphone und Fahrzeugtransmitter übertrugen, zunächst in herkömmliche Rechner ein, um Verkehrsballungen und -Ströme zu ermitteln. Den zweiten Schritt – die Optimierung – übernimmt ein Quanten-Algorithmus. Ziel war es, die exakte Zahl an Fahrzeugen vorausschauend verschiedenen Zielorten (sogenannte Demand Spots) zuzuteilen, um dort alle wartenden Personen mit einer Transportmöglichkeit zu versorgen. So ließen sich Leerfahrten von Taxen und Bussen und die Wartezeiten von Personen auf eine Transportmöglichkeit minimieren. Verkehrsbetriebe könnten außerdem ihre taktgebundenen Fahrpläne je nach Nachfragesituation modifizieren. Besonders auch mit Blick auf zukünftige autonom fahrende, vernetzte Transport-Systeme könnte der Quanten-Algorithmus sich als sehr überlegen erweisen. Hochkomplexe Optimierungsaufgaben („Problem des Handlungsreisenden“, s. hierzu Artikel „Evolution der Quantenbits“ in raum&zeit 212) sind eine Domäne für Quantencomputer. Der Volkswagen-Konzern sieht in dieser IT-Zukunftstechnologie ein großes Potenzial für neue Geschäftsmodelle. (DS)

Quelle: www.volkswagenag.com/de/news/2018/11/Volkswagen_intelligent_traffic_management.html

Luftfeuchtigkeit für Trockengebiete nutzen

Wasserdampf ist das mit Abstand wichtigste thermisch aktive Agens in der Atmosphäre. Immerhin ein Zehntel Promille der gesamten Wassermassen in den Ozeanen – 13 Billionen Tonnen – liegt in der Atmosphäre als Luftfeuchtigkeit vor. Auch in abgelegenen Trockengebieten. Kühlt es nachts ab, kondensiert der Wasserdampf unter Wärmeabgabe und steht so als Reservoir zur Verfügung. Die Frage ist nur: Wie lässt es sich anzapfen? Ein Weg dahin ist das Salz Calciumchlorid, eine ungiftige, preisgünstige Substanz mit extrem hoher Affinität gegenüber Wasser. Es nimmt so viel Luftfeuchtigkeit auf, bis es sich in eine flüssige Lösung verwandelt. So weit so einfach. Das Problem ist dabei jedoch, dem Gebräu das Wasser wieder zu entziehen. Forscher um Peng Wang von der saudi-arabischen King Abdullah University of Science & Technology in Thuwal haben nun ein relativ unkompliziertes Verfahren präsentiert. Sie verbanden das Salz mit einem Hydrogel, das als Polymer große Wassermengen aufnehmen und dennoch fest bleiben kann. Außerdem fügten die Wissenschaftler dem Hydrogel Kohlenstoffnanoröhrchen hinzu. Diese sorgen dafür, dass die gespeicherte Luftfeuchtigkeit anschließend auf ökologische Weise wieder freigesetzt werden kann. Denn Kohlenstoffnanoröhren absorbieren sehr effizient Sonnenenergie und wandeln sie in Wärme um, die wiederum das gespeicherte Wasser verdunsten lässt. Im Experiment sammelte ein 35 Gramm schweres Stück des salzigen Polymers in dem Gerät während der Nacht aus der Wüstenluft mit einer relativen Luftfeuchtigkeit von 60 Prozent insgesamt 37 Gramm Wasser. Am folgenden Tag setzten die Forscher das Hydrogel in der Kammer des Geräts natürlicher Sonnenstrahlung aus. Der austretende Wasserdampf kondensierte an einer Metallplatte und wurde aufgefangen. Nach 2,5 Stunden Sonnenbestrahlung gab das neue Material 20 Gramm Wasser bester Qualität wieder frei. „Diese Art Wassergenerator ist erschwinglich, arbeitet effizient in einem breiten Luftfeuchtigkeitsbereich, benötigt keinen Strom und eignet sich daher besonders für die Produktion von sauberem Wasser in abgelegenen Trockenregionen“, schreiben die Entwickler. (DS)

Quelle: www.wissenschaft.de

Drahtlose Energieübertragung

Wissenschaftshistoriker und Insider kennen die „große Radiowellenausbreitungs-Kontroverse“ des 20. Jahrhunderts: Im Jahr 1909 veröffentlichten die deutschen Physiker Jonathan Zenneck und Arnold Sommerfeld eine Arbeit, in der sie die Existenz von elektromagnetischen Oberflächenwellen – den Zenneck-Wellen – postulierten. Diese stellten sie als eine weitere exakte Lösung der Maxwellschen Gleichungen neben den bereits erprobten Hertzschen Wellen dar. 1936 versuchten Forscher am Seneca See (Ohio) vergebens, die Zenneck-Welle nachzuweisen. K. A. Norton, einer der beteiligten Forscher, sprach von einem „Vorzeichenfehler“ in der Arbeit der beiden Deutschen, der es zu einiger Berühmtheit in der Physikergemeinde brachte. 70 Jahre vergingen, ehe sich Wissenschaftler erneut der Oberflächenwellen annahmen und zu einem anderen Ergebnis kamen: „Der berühmte Vorzeichenfehler ist ein Mythos“ schrieb etwa der Elektroingenieur Prof. Robert E. Collin in einer Veröffentlichung aus dem Jahr 2005. Die Kontroverse war zurück. Und 11 Jahre später veröffentlichten die Physiker Dr. James F. Corum, sein Bruder Kenneth L. Corum und Michael W. Miller ihre Arbeit „Oberflächenwellen und das entscheidende Ausbreitungsexperiment“, in der sie die Oberflächenwellen als nicht-strahlende („non-radiating“) Wellenform herleiteten. Dabei bilden offenbar die Erdoberfläche und die Lufthülle ein Hohlleitersystem, in dem sich elektromagnetische Wellen aufbauen, ohne sich wie Hertzsche Wellen gemäß 1/r² zu „verdünnen“. Angeblich wurden auch korrespondierende Experimente durchgeführt und entsprechende Patente von einer US-amerikanischen Firma namens Viziv angemeldet. Auf deren Website ist von einem „Paradigmenwechsel im Elektromagnetismus“ die Rede. Denn mit dieser Technologie ließe sich Nikola Teslas Traum von der drahtlosen Energieübertragung (Stichwort Wardenclyffe Tower) realisieren. Die verlustfreien Oberflächenwellen sollen gesundheitlich unbedenklich sein und es erlauben, mit einem entsprechenden, resonanzfähigen Gerät an jedem Punkt der Erde angezapft zu werden – ganz ohne Netz-Infrastruktur. Im Grunde wäre damit die globale Energiekrise gelöst. Man darf gespannt sein, ob diese Technologie tatsächlich großflächig zum Einsatz kommt. (DS)

Quelle: http://vizivtechnologies.com/