Daily Archives: December 14, 2013

Et hold forskere fra den schweiziske École Polytechnique Fédérale de Lausanne har påvist en ny metode til at øge kapaciteten af fiberkabler, skriver ScienceDaily på baggrund af forskernes videnskabelige artikel i Nature Communications.

De har nemlig set en mulighed for at tidoble hastigheden i fiberen ved at pakke pulserne bedre – en opgave, som forskere over hele verden har arbejdet på i årevis med mere eller mindre held.

I kommunikationssystemer må pulserne af lys ikke ligge for tæt, da de derved kan forstyrre hinanden og ikke kan aflæses korrekt efter transmission gennem et kabel. Derfor er der i dag et stort tomrum i kablerne, som forskerne gerne vil udnytte.

At pakke pulserne rigtigt har været noget af en udfordring, men de franske forskere ser ud til at have haft succes med at frembringe en slags puslespilsløsning, hvor spidse pulser kan sendes af sted hurtigere efter hinanden end normalt, uden at der opstår mærkbar interferens.

Faktisk mener de at kunne udnytte fiberen fuldstændigt, så der ikke er spildplads i kablet – og har de ret i det, vil det som nævnt kunne medføre en mulig tifoldig dataoverførselshastighed.

En af de involverede forskere, Camille Brès, fortæller, at siden dataoverførsel via fiber kom frem i 1970’erne, er datahastigheden i snit blevet tidoblet hvert fjerde år.

»Men gennem de seneste år har vi nået en flaskehals, som forskere over hele verden forsøger at komme igennem,« siger hun.

Gennembruddet er baseret på pulser, der er beskrevet ved en sinc funktion (sinc(x)=sin(x)/x). Denne puls er et specialtilfælde for mere generelle Nyquist-pulser, der er opkaldt efter svenskeren Harry Nyquist, som sammen med Claude Shannon spillede en stor rolle i udviklingen af digital kommunikation i 1930′ern og 1940′erne.

Det betyder, at pulserne har en spidsere form end normalt, så de kan passes sammen som puslespilsbrikker. Det medfører stadig en smule interferens, men ifølge forskerne er det ikke så meget, at det får nævneværdig betydning på modtagersiden.

Teorien er velkendt, men det skulle være første gang, det er lykkedes i praksis at få et så fornuftigt resultat ud af ændringen af pulserne.

Et af de helt afgørende resultater er, at forskerholdet anvist en simpel metode til at generere de eftertragtede sinc-pulser med en laser og en modulator, så de bliver 99 pct. perfekte.

Når sinc-pulserne er eftertragtede at bruge, skyldes det, at de er karakteriseret ved at have et firkantet frekvensspektrum.

Fordelen ved denne metode i forhold til andre metoder til at øge kapaciteten i optiske fiberkabler er endvidere, at teknikere ikke behøver at pille ved de eksisterende fibre – det kræver blot en ny type sender for at få pulserne rigtigt af sted.

Der skal lukkes godt op for hanerne på Shell Prelude FLNG, når verdens største sø-fartøj fra 2017 skal producere 3,6 millioner kubikmeter naturgas om året.

Prelude har med sine 488 meter i længden og 74 meter i bredde nemlig ikke blot slået danske Maersk Majestic i at være verdens største skib, men Prelude komme også til at fungere som verdens største, flydende naturgasanlæg.

Ombord skal skibet rumme 200.000 kubikmeter flydende naturgas, LNG. Gassen bliver komprimeret, så den kan sendes over på den type skibe, der normalt fragter gas. De kan kendes på de karakteristiske kupler på dækket.

Ole Hededal, der er lektor ved DTU Byg, og som forsker i geoteknik og offshore-industrier, ser store muligheder i det anlæg, Shell nu har bygget.

»Hele procesdelen med at behandle gassen og køre den salgsklar ude på havet vil blive lidt af en bedrift, hvis Prelude kommer til at køre, som Shell lover. Det er der ingen tvivl om,« siger Ole Hededal.

Prelude FLNG vil, når fartøjet er helt færdigbygget i 2015, blive fragtet til 250 kilometer ud fra Australiens nordvestlige kyst. Her ligger et af de naturgasfelter, som Shell kalder for ‘døde’. Det betyder, at der er masser af naturgas at bore efter, men at feltet ligger på så dybt vand og langt ude på havet, at en traditionel rørføring er alt for dyr og teknisk svær.

Utrolig mobil

At lægge et flydende objekt, der fortrænger 600.000 tons vand, og som koster i omegnen af 25 milliarder kroner, ude midt på havet indebærer i sagens natur også en risiko. For i et område med kraftig storm, bølger på op til 20 meter og cykloner i kategori 5-skalaen, skal fartøjet kunne modstå lidt af hvert.

Derfor er fartøjet designet, så dets tre agter-thurstere på hver 6.700 hestekræfter automatisk regulerer skibets bevægelse rundt om det stykke, hvor naturgasrørene er tilsluttet. Den del af fartøjet går under betegnelsen drilling pool. Her skal 150 Shell-arbejdere kontrollere, at naturgassen opsamles korrekt.

»Anlægget bliver på den måde mobilt, fordi det kan flytte sig efter vejrforholdene og meget fleksibelt i forhold til rørføringen fra skibet og ned til havbunden. Teknisk set skal vi naturligvis se det i aktion, men på papiret ser det lovende ud,« fortæller Ole Hededal fra DTU.

Samler mange teknologier på havet

Også Sigurd Solem, der er geolog ved Dansk Fjernvarmes Geotermiselskab, er imponeret over Shells nye anlæg. Han lægger især vægt på, at det er godt, vi kan udnytte de naturgasfelter, som med traditionelle rørledninger er for dyre at nå.

Samtidig er der en vækst i gang i Asien i forhold til at omstille dele af skibstrafikken til LNG, der både sænker skibenes CO2-udledning og udslippet af skadelige partikler.

»Dermed giver Shells store satsning på det her Prelude-skib rigtig god mening. Der tegner sig både et marked for det flydende naturgas. Og vi har at gøre med en brændsel, der er væsentlig bedre for miljøet end diesel,« fortæller Sigurd Solem.

Efter at have kigget noget af Shells materiale igennem i forbindelse med søsætningen af Prelude FLNG i sidste uge i Sydkorea, siger Sigurd Solem dog:

»Når det er sagt, er teknologien til at kondensere gas langt fra ny. Det samme gælder den teknik, man bruger til at hente gassen op fra havbunden under Prelude. Men det er nyt, at man kombinerer alle teknologierne ét sted i flydende form,« siger geologen.

Hvad der dog ser temmelig avanceret ud, er det system, som Shell Prelude får til at frakoble og kontrollere de rørledninger, der forbinder skibet og havbunden. Rørledningerne, der er forankret på skibet i fire sæt af hver fire ledninger, kan frakobles, hvis Prelude pludselig befinder sig i en cyklon eller andet voldsomt vejr.

Både Sigurd Solem og Ole Hededal er da også enige om, at Preludes meget fleksible konstruktion i forhold til vind og vejr ikke er set i den skala før, som tilfældet er med Shells nye kæmpe – hvis altså det kommer til at fungere, når fartøjet tages i brug fra 2015.

Kan du holde dig vågen søndag aften, så tag plads foran tv-skærmen kl. 23.15 og stil ind på DR2 – eller sæt harddiskoptageren i gang.

På dette forrykte tidspunkt viser Danmarks førende public service-kanal Lars Becker-Larsens nye dokumentarfilm ‘Den forunderlige kvanteverden’, som omhandler bestræbelserne på at udvikle en kvantecomputer.

Kunne DR dog ikke have flyttet den til eksempelvis kl. 21.00, så vi tilmed var sluppet for Anders Lund-Madsens anstrengte humor?

Jeg havde fornøjelsen af at se filmen ved premieren i Cinemateket for en uge siden.

Jeg er ikke udelt begejstret, men alligevel synes jeg, det er en film, man bør se, hvis man er interesseret i kvantemekanik og eksempelvis har læst nogle af de mange artikler om kvantecomputere, vi har skrevet i Ingeniøren og på ing.dk gennem de seneste år.

Jeg kan tilmed røbe, at der vil være mere om kvanteinformatik i Ingeniørens magasin Året Rundt, der udsendes sammen med den sædvanlige udgave af Ingeniøren i næste uge. Filmen vil være en god introduktion til den artikel.

Fra Einstein og Bohr til Polzik

Lars Becker-Larsen lader flere fremtrædende europæiske fysikere, heriblandt Eugene Polzik fra Niels Bohr Institutet på Københavns Universitet, berette om de eksperimenter, de udfører for at få forstå og videreudvikle kvantebegreber, som for alvor kom på banen i 1980’erne og fremefter.

Der er tale om teorier og fænomener, som udspringer af det frontalangreb, Albert Einstein satte ind over for Niels Bohrs fortolkning af kvantemekanikken i 1935 med en artikel, som i dag kendes som EPR-artiklen efter forbogstaverne for Einstein, Rosen og Podolsky, som var de tre forfattere.

Det var denne artikel, som fik Erwin Schrödinger til samme år at opfinde betegnelsen ‘entanglement’ (Verschränkung på tysk) for det forhold, at to adskilte partikler kan have sammenfiltrede kvantetilstande.

Entanglement og superposition, som er det forhold, at en kvantepartikel på en og samme tid kan være i to forskellige kvantetilstande, er de grundbegreber, der er nødvendige for at udvikle kvantecomputere, kvantekryptografi og kvanteteleportation.

Det er også de to begreber, som Lars Becker-Larsen bygger sin fortælling om fysikken op omkring. Og det gør han godt.

Fortællemæssigt er filmen bygget om omkring to historier, som fungerer som omdrejningspunkt for fysikernes forklaringer.

Den ene er en rekonstruktion og en filmisk fortolkning af en sporvognstur i København i 1920, hvor Bohr og Einstein kørte frem og tilbage ivrigt diskuterende kvantefysik, imens de gentagne gange glemte at stå af ved stoppestedet ved Bohrs bolig på Østerbro.

»Vi kørte frem og tilbage i mange timer i sporvogn,« har Bohr senere forklaret.

Den anden er et kvanteteleportationseksperiment, som foregik på de kanariske øer La Palma og Tenerife for et par år siden, og som Ingeniøren tidligere har omtalt.

Jeg kan godt forstå, det har været fristende at genskabe den berømte sporvognstur mellem Bohr og Einstein, men jeg synes, at det er et noget problematisk valg.

Diskussionen i 1920 drejede sig om den helt fundamentale forståelse af kvantemekanikken, som end ikke på dette tidspunkt var formaliseret med Heisenbergs matrixmekanik og Schrödingers bølgemekanik, der først blev introduceret i 1925-1926.

Bohr og Einstein var i 1920 meget langt fra deres EPR-diskussion og fortolkningen af den ‘spøgelseagtige vekselvirkning’, som entanglement-begrebet omfatter, og som Albert Einstein til sin dødsdag i 1955 ikke kunne forlige sig med.

Det var først, da den nordirske fysiker John Bell i 1964 beskrev et eksperiment, som kunne afgøre den teoretiske diskussion mellem Bohr og Einstein, og da den franske fysiker Alain Aspect i 1982 gennemførte dette eksperiment, at det blev påvist, at Bohr havde ret og Einstein havde uret.

Da Alain Aspect tilmed har været to gange i København i år for at modtage Ingeniørforeningens Niels Bohr Guldmedalje og en Unesco-Niels Bohr medalje, så ærgrer det mig lidt, at den historie ikke er med.

Jeg kan også godt forstå, at det filmisk har været fristende at vise de flotte billeder fra La Palma og Tenerife. Kvanteteleportationseksperimentet, som blev gennemført, var en teknisk bedrift, men det kan næppe påstås at have den vigtighed, som mange vil tillægge det efter at have set filmen.

Sporvognsturen og optagelserne fra La Palma og Tenerife tjener dog som gode brud i fysikernes fortællinger. Det ville uden tvivl være trættende, hvis hele filmen var en lang præsentation af personer, der taler ind i et kamera.

Et andet mere problematisk forhold er, at det ikke altid står soleklart, hvornår filmen beskriver forhold, der har vundet bred videnskabelig accept, og hvornår, der som i spørgsmålet om, hvorvidt fugle udnytter entanglement i forbindelse med detektion af magnetfelter, er tale om interessante, men uafklarede videnskabelige spørgsmål.

Jeg er heller ikke begejstret for, at filmen mere eller mindre ukritisk fremhæver alt det, vi kan opnå, hvis vi blot havde en effektiv kvantecomputer, som eksempelvis høj-temperatur superledere.

Det er langt fra sikkert, det vil være tilfældet. Kvantecomputere vil ikke kunne løse alle problemer, og et af de største problemer, hvis vi havde en kvantecomputer i dag, ville være at lave programmer til den.

Ros og ris

Alt i alt skal Lars Becker-Larsen og det store team omkring ham dog have ros for at præsentere nogle af de førende kvanteforskere og have lavet en film, der giver mange flere end en trofast skare her på ing.dk mulighed for at få et indblik i den spændende kvanteverden.

Se filmen på søndag eller ved en anden lejlighed, når den byder sig. Og skam over DR for at vælge et dødssygt sendetidspunkt.

Om få år kan det blive unødvendigt at sende fly eller ekspeditioner til f.eks. Sydpolen for præcist at undersøge isens tykkelse og bevægelse. En radar udviklet af DTU Space for den europæiske rumfartsorganisation ESA er nemlig i stand til at kortlægge isens strukturer helt ned til en dybde af tre kilometer.

Radaren Polaris (Polarimetric Airborne Radar Ice Sounder) har været testet på fly, men forskerne håber, teknologien kan tilpasses, så den kan placeres i en satellit.

DTU har i mange år været pioner på feltet, der i dag kaldes Ice Sounding, men typisk har forskere brugt lange bølgelængder som 60 MHz til at trænge ned gennem isen.

De lave frekvenser er dog umu­lige at bruge fra en satellit, fordi de også bruges til almindelig radiokommunikation og derfor vil skabe forstyrrelser. Men i 2003 blev frekvensen 435 MHz, i fagsprog kaldet P-båndet, tildelt radarer i rummet. Det gav ESA ideen til Polaris, som DTU udviklede og i 2010 benyttede til overraskende målinger af indlandsisen.

»Vi havde kigget på teorier om, at vi sagtens kunne se flere kilometer ned i isen med P-båndet. Men vi anså det for at være lidt for optimistisk. Derfor overgik det vores forventninger, da vi opdagede, at radaren gav os målinger helt ned til grundfjeldet tre kilometer under isen,« siger Jørgen Dall, lektor på DTU Space.

Polaris-instrumentet har den særlige fordel, at det både kan udføre Ice Sounding-målinger og såkaldte SAR-målinger, hvor radiobølger omkring P-båndet sendes skråt ned modorden fra fly.

SAR-målingerne er den mest nøjagtige metode til at sammenholde målinger over tid, kaldet differentiel interferometri, hvor målingerne kan sladre om isens bevægelser. I dag bliver isens bevægelser bestemt ud fra satellitmålinger af isens overflade, men målingerne bliver hurtigt usikre, hvis overfladen ændrer sig på grund af snefald eller vind. Derfor bliver målinger typisk kun udført om vinteren, hvor vejret er mest stabilt.

SAR-måling fra rummet

SAR-målingerne omkring P-båndet sker længere nede i isen, hvor forandringerne ikke er så store, og derfor regner forskerne med, at de kan udføre målinger hele året og med større præcision.

De første forsøg på SAR-målinger i P-båndet i rummet kommer til at ske i 2020, når ESA’s syvende Earth Explorer Mission, Biomass, bliver sendt op. En SAR på satellitten skal måle kulstofmængder i skovområder for at kortlægge klodens biomassemængde, og forskerne har overvejet en delmission, hvor samme SAR skulle måle istykkelser. SAR’en i denne mission har dog så lille et dynamikområde (forholdet mellem det kraftigste og svageste signal), at den ikke kan måle istykkelser, og der må ikke ske ændringer på SAR’en, der har betydning for hovedmissionen.

Til gengæld håber Jørgen Dall, at en videreudvikling af Polaris kan finde plads på en Earth Explorer-mission efter 2020.

I dag handler det om gadebelysning i Ingeniørens historiske julekalender. Vi skal bruge årstallet for, hvornår et foredrag i Ingeniøreforeningen af ingeniør J. Søeborg blev bragt i Ingeniøren. Foredragets indledning, som den blev gengivet i Ingeniøren, lyder:

‘Belysningen af Gader og Veje i en By og dens Omegn er et Spørgsmaal, som i de senere Aar har trængt sig stærkere og stærkere paa, grundet paa den saavel i Størrelse og Hastighed som i Voldsomhed saa stærkt forøgede kørende og gaaende Færdsel.’ Således indleder ingeniør J. Søeborg sit foredrag i Ingeniørforeningen med titelen ‘Om elektrisk Gadebelysning’, som blev gengivet i Ingeniøren.

Manuskriptet fortsætter over mange sider med gengivelse af en række analyser af de forskellige typer lysgiveres og armaturers effektivitet, lyskvalitet og lysfordeling. Dengang var den mest almindelige lyskilde et armatur med en ‘Vacuum-Trådlampe’, som dog kunne have mange forskellige udformninger.

Armaturet til venstre på illustrationen viser lysfordelingen fra et tysk armatur ‘inde i hvis lysspredende Glasklokke, der er anbragt en særlig cylindrisk Glasring med vandrette Prismeslibninger og dækkende Lampen næsten helt.’ Figuren til højre viser lysfordelingen fra et ‘stejltstraalende Armatur, der er forsynet med en stor klokkeformet Reflektor, som gaar ned over Lampen. saaledes at dennes Lys samles og sendes nedad.’

I øvrigt benyttede man i perioden fra 1884 til 1948 enheden ‘Hefner-Lys’ (= 0,92 candela) for lysstyrke – en standard, der var udviklet af den tyske elektroingeniør Fr. von Hefner-Alteneck (1845-1904) og var defineret ved lyset fra Hefner-lampen.

Hvornår skrev vi historien?

Se svaret i julekalenderen i morgen, 15. december.

Svaret på spørgsmålet fra 13. december

Vi skrev om planen for Fælledparken i 1908.

En læser har skrevet til os: Jeg har en søn på 3 år, der lige har opdaget Lego. Det syntes jeg jo er fantastisk, og den lille purk skal naturligvis ikke mangle materiale til at realisere sine innovative ideer.

Samtidig samler jeg argumenter (til konen), der kan retfærdiggøre købet af en 3D-printer.

Så var det jo, at jeg kom til at forestille mig sådan en lille Lego-fabrik, der kunne stå at spytte klodser ud, men er det overhovedet rentabelt i både tid og penge? Jeg mener, at tid stadig er en betydelig faktor i 3D-print, og ideen falder selvfølgelig på gulvet, hvis det tager 4 timer at printe en klods.

Og så det sidste, som vel også er lidt vigtigt: Er det tilladt at printe sin egen Lego?

Hvis du kan hjælpe vor læser her, så skriv i kommentarfeltet herunder!