At sætte støj i gang

Støj er ofte uønsket – f.eks. i en optaget samtale i et støjende rum, i astronomiske observationer med store baggrundssignaler, eller i billedbehandling. Et forskerhold fra Kina, Spanien og Tyskland har vist, at støj kan inducere rumlig og tidsmæssig orden i ikke-lineære systemer. Denne effekt kan blive brugt i fremtiden til at identificere signaler, der er skjult i en stor mængde støj. Omvendt, signaler kan være indlejret i en støjende baggrund og derved blive krypteret for at genskabe dem senere.

Resultaterne blev offentliggjort i to manuskripter udgivet bag-til-bage i Fysisk gennemgangsbreve , en med fokus på den eksperimentelle undersøgelse, og den anden dækker den teoretiske undersøgelse baseret på numeriske simuleringer.

Støj spiller nogle gange en konstruktiv rolle, som kan udnyttes til at producere nyttige resultater. Påføring af støj i kombination med periodiske svingninger med lille amplitude på et ikke-lineært system kan resultere i meget indviklede effekter. Støj kan drive et stationært system ind i en oscillerende tilstand med kohærente strømselvsvingninger med afstembare frekvenser mellem nul og omkring 100 MHz, som kaldes en kohærensresonans.

Ved at tilføje periodiske svingninger med små amplitude til støjen med en frekvens tæt på frekvensen for de aktuelle selvsvingninger, det ikke-lineære system kan faselåses til kohærensresonansen, som omtales som en stokastisk resonans. Denne stokastiske resonans kan bruges som en passiv lock-in forstærker, uden referencesignal og med en meget kortere integrationstid end tilgængelig for konventionelle lock-in forstærkere. Indtil nu, alle metoder, der detekterer svage signaler, er aktivt baseret på korrelationen med et kendt referencesignal, og det er umuligt at identificere ukendte signaler skjult i en baggrund med stærk støj. Typiske lock-in forstærkere har brug for et referencesignal i intervallet 10.000 Hz til MHz og integrationstider i størrelsesordenen millisekunder. Det brede frekvensområde for kohærensresonansen muliggør drift uden noget referencesignal og reducerer i høj grad den integrationstid, der er nødvendig for at behandle signalet.

Forskerholdet har eksperimentelt påvist forekomsten af ​​kohærens og stokastiske resonanser ved stuetemperatur i en dopet, svagt koblede GaAs/(Al, Ga) Som supergitter med 45 procent Al. Numeriske simuleringer af elektrontransporten baseret på en diskret sekventiel tunnelmodel udført samtidigt reproducerer disse resultater kvalitativt meget godt. Ud over, den teoretiske model kan bruges til at bestemme den enhedsafhængige kritiske strøm for kohærensresonansen direkte fra de eksperimentelle resultater.