Seit fast vierzig Jahren ist bekannt, dass in Lasern mit zeitverzögerter Rückkopplung des Ausgangssignals chaotische auftreten können. Für viele potentielle Anwendungen ist diese Form von Chaos aber zu störanfällig. Mit der kürzlich gemachten Entdeckung der theoretischen Physiker David Müller, Dr. Andreas Otto und Prof. Dr. Günter Radons von der Technischen Universität Chemnitz könnte sich das ändern. Sie fanden heraus, dass eine unscheinbare Modifikation solcher Experimente in Form einer periodischen Variation der Zeitverzögerung der Rückkopplung (Delay) zu völlig anderen, neuartigen, Intensitätsvariationen führen kann, welche durch eine Abfolge von Plateaus gekennzeichnet sind (im Bild in der unteren Hälfte dargestellt). Das Besondere an dieser inzwischen als „laminares Chaos“ bezeichneten Signalform ist, dass einerseits die Lage und die Form der Plateaus widerstandsfähig gegen Störungen sind, andererseits deren Höhe chaotisch von Plateau zu Plateau variiert und damit als Informationsträger dienen kann. Durch diese hohe Robustheit des Informationsgehalts gegenüber Störungen wird die neu entdeckte Form des Chaos für moderne Informationstechnologien interessant, etwa für schnelle optische Realisierungen der Chaos-Kommunikation, der Chaos-Kryptographie und des Reservoir-Computing.

 

Der Begriff „Chaos“ bezeichnet in der Physik eine Bewegungsform, die sehr irregulär erscheint aber gleichzeitig klaren Gesetzen folgt. Fast alle Systeme haben diesen Charakter, was längerfristige Vorhersagen unmöglich macht. Bekannte Beispiele aus dem alltäglichen Leben sind das Wetter oder die Ziehung der Lottozahlen. Aber auch Laserlicht oder die Größe von Bakterienkolonien können sich chaotisch verhalten. „Delay“ ist ein Fachbegriff, der die Verzögerungszeit zwischen Ursache und Wirkung erfasst. In vielen Fällen kann diese nicht vernachlässigt werden, was extrem komplizierte Bewegungsformen bewirken kann.

 

Originalveröffentlichungen:

Müller, A. Otto and G. Radons: Laminar Chaos, Phys. Rev. Lett. 120, 084102 (2018). Online verfügbar:

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.084102

 

Otto, D. Müller and G. Radons: Universal Dichotomy for Dynamical Systems with Variable Delay, Phys. Rev. Lett. 118, 044104 (2017).

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.118.044104