Neue Form von Chaos

Signalform eignet sich als Informationsträger

  • Prof. Dr. Günter Radons (M.), Dr. Andreas Otto (l.) und David Müller gehen an der TU Chemnitz dem Chaos auf den Grund. Bild: TU ChemnitzProf. Dr. Günter Radons (M.), Dr. Andreas Otto (l.) und David Müller gehen an der TU Chemnitz dem Chaos auf den Grund. Bild: TU Chemnitz

Den Physikern Dr. Joseph D. Hart und Prof. Dr. Rajarshi Roy von der Universität Maryland in Kooperation mit Physikern der Technischen Universität Chemnitz unter Leitung von Prof. Dr. Günter Radons ist ein Meilensprung in der Chaos-Forschung gelungen. In einem Experiment bestätigten die Forscher aus den USA die Vorhersage eines neuen Typs von Chaos, die im Jahr 2018 durch ihre Chemnitzer Kollegen David Müller-Bender, Dr. Andreas Otto und Prof. Dr. Günter Radons gemacht und bereits damals große internationale Beachtung fand.

Die Chemnitzer Physiker fanden heraus, dass die unscheinbare Modifikation eines bereits bekannten Laser-Experiments unter zeitverzögerter Rückkopplung (Delay) zu völlig neuartigen Intensitätsvariationen des Laserlichts führen kann. Die Forscher nannten das „Laminares Chaos“. Die dafür notwendige periodische Variation des Delays wurde nun durch die US-Wissenschaftler in deren Aufbau durch ein sogenanntes „Field Programmable Gate Array“ (FPGA), ein sehr schneller programmierbarer integrierter Schaltkreis, realisiert. Im Gegensatz zu den bereits bekannten hochfrequenten, chaotischen Oszillationen, ergab sich die vorhergesagte Folge von Plateaus. Diese scheinbar geordnetere Abfolge ist dennoch chaotisch, da die Plateauhöhe von Plateau zu Plateau chaotisch variiert. Da die Plateaustruktur potentiell unempfindlich gegenüber Störungen ist und die Plateauhöhe praktisch beliebig variiert werden kann, eignet sich diese Signalform als Informationsträger.

Laminares Chaos für abhörsichere Kommunikation

In einer aktuellen Veröffentlichung in dem international renommiertesten Fachjournal Physical Review Letters berichten die Chemnitzer Physiker gemeinsam mit ihren Kollegen aus Maryland nun über die experimentelle Realisierung des laminaren Chaos und dessen Robustheit gegenüber Störungen.

Die Ergebnisse eröffnen neue Anwendungen für moderne Informationstechnologien. So kann der beschriebene elektro-optische Versuchsaufbau ein erster Schritt zur Nutzung des laminaren Chaos in der schnellen optischen Realisierung von abhörsicherer Kommunikation durch Ausnutzen der schlechten Vorhersagbarkeit chaotischer Dynamik (Chaos-Kommunikation und Chaos-Kryptographie) und des Reservoir-Computings sein.

Originalveröffentlichung:

J. D. Hart, R. Roy, D. Müller-Bender, A. Otto and G. Radons: Laminar Chaos in Experiments: Nonlinear Systems with Time-Varying Delays and Noise, Phys. Rev. Lett. (2019); DOI: [10.1103/PhysRevLett.123.154101]

Weitere Informationen: 

Technische Universität Chemnitz

 

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