Documentatie
Quantum@Home demonstreert kleine natuurkunde-experimenten op huisschaal. Het gebruikt direct verkrijgbare, betaalbare detectoren die livegegevens leveren over kwantumgebeurtenissen. De detectoren zijn verbonden met de webserver in Bladel, Nederland.
Beschikbare experimenten
Natuurlijke straling
De pagina Natuurlijke straling ontvangt detectietellingen van een GQ GMC-300S-geigerteller, die voor de detectie een Geiger-Müllerbuis gebruikt. Wanneer ioniserende straling wisselwerkt met het gas in de buis, kan zij een elektron uit een gasatoom stoten. De resulterende ionisatie veroorzaakt een lawine van verdere ionisaties en produceert de elektrische puls die als een detectie wordt geregistreerd.
Live detecties
De grafiek Live detecties toont de meest recente 60 monsters van één seconde. Een lage markering op de basislijn stelt een geregistreerde nul voor. Een hogere balk stelt één of meer detecties tijdens die seconde voor; waarden boven één worden boven de balk weergegeven.
Detectiegeschiedenis
De eerste rij toont tellingen deze minuut, tellingen dit uur en tellingen vandaag.
Een waarde met de aanduiding onvolledig heeft voor die lokale periode geen volledige dekking door de live detector. Het getal is de werkelijk geregistreerde telling; het is geen schatting van wat het ontbrekende interval mogelijk bevatte.
De tweede rij toont gemiddelde tellingen per dag, week en maand:
- het daggemiddelde gebruikt alleen volledige, eerdere lokale dagen;
- het weekgemiddelde gebruikt alleen volledige weken van maandag tot en met zondag;
- het maandgemiddelde gebruikt alleen volledige kalendermaanden.
Een dag geldt als volledig wanneer ten minste 99% van de verwachte live monsters van één seconde is ontvangen. Weken en maanden gelden alleen als volledig wanneer elke opgenomen dag volledig is. De huidige en onvolledige perioden worden niet in deze gemiddelden opgenomen.
De langetermijngrafiek biedt drie weergaven:
- de laatste 30 lokale dagen, met één balk per dag;
- de laatste 26 lokale weken, met één balk per week van maandag tot en met zondag;
- de laatste 52 lokale weken, met één balk per week van maandag tot en met zondag.
Een onvolledige balk toont het werkelijk geregistreerde subtotaal. Een gedempte markering op de basislijn betekent dat voor die periode geen numerieke meting beschikbaar is. Een geregistreerde nul en niet-beschikbare gegevens worden dus niet als hetzelfde behandeld. Onvolledige weektotalen omvatten de beschikbare geregistreerde dagen, zonder ontbrekende dagen te schatten.
Verdeling van tellingen per minuut
De verdelingsgrafiek gebruikt volledige intervallen van één minuut uit de bewaarde geschiedenis van de live detector. Elke balk toont het percentage volledige minuten met een bepaald aantal detecties. De lijn toont de Poissonverdeling die op basis van de waargenomen gemiddelde telsnelheid wordt verwacht.
Een Poissonverdeling wordt verwacht wanneer detecties onafhankelijk plaatsvinden met een ongeveer constante gemiddelde snelheid. Korte gegevensreeksen vertonen zichtbare fluctuaties; naarmate meer volledige minuten worden verzameld, zouden de waargenomen balken de verwachte kromme doorgaans dichter moeten benaderen. Onvolledige minuten, niet-beschikbare perioden, gesimuleerde gegevens en dagelijkse samenvattingsrecords worden uitgesloten.
Over de detector
Wanneer de detector live is, toont de pagina de locatie, bronstatus, het model, de firmware, het detectortype en het door de fabrikant gedocumenteerde veilige bereik. Het weergegeven bereik van 0–50 tellingen per minuut komt overeen met 72.000 tellingen per dag. Deze opgave van de fabrikant biedt context voor deze detector; zij is geen algemene medische of milieukundige veiligheidsbeoordeling.
Wanneer de fysieke detector niet beschikbaar is, worden hardwarespecifieke waarden als niet beschikbaar weergegeven.
Quantumwillekeur
De pagina Quantumwillekeur bevat een tijdgebonden verdelingsexperiment voor willekeurige bytes die door een Crypta Labs Cicada 0.5 USB-kwantumgenerator voor willekeurige getallen worden geproduceerd.
Een byte kan elke gehele waarde van 0 tot en met 255 hebben. Als de uitvoer van de QRNG uniform is, heeft elke waarde dezelfde verwachte frequentie:
1 / 256 = 0.390625%, in de grafiek weergegeven als ongeveer 0.391%.
Een experiment uitvoeren
Selecteer een duur van 0.1, 1, 10, 30 of 60 seconden en druk op Start. Terwijl het experiment loopt, wordt de grafiek alleen bijgewerkt met de bytes die tijdens die uitvoering zijn verwerkt. Druk op Stop om het experiment voortijdig te beëindigen. Na voltooiing of stoppen blijven de uiteindelijke grafiek en samenvattingswaarden zichtbaar totdat een nieuwe uitvoering begint.
De zes samenvattingsvakken tonen:
- de geselecteerde duur;
- de verstreken tijd;
- de verwerkte bytes;
- het rekenkundige gemiddelde van de bytewaarden;
- de standaardafwijking van de 256 waargenomen percentages rond het verwachte percentage;
- de experimentstatus.
Voor een perfect uniforme bytestroom is het verwachte gemiddelde 127.5. De weergegeven standaardafwijking vat de spreiding van de waargenomen percentages in de 256 categorieën rond 0.390625% samen. Zij wordt weergegeven als een absoluut procentueel verschil; technisch gezien wordt dat verschil gemeten in procentpunten.
Verdelingsgrafiek
De grafiek bevat één balk voor elke mogelijke bytewaarde van 0 tot en met 255. De gestreepte referentielijn markeert de verwachte uniforme frequentie van ongeveer 0.391% per waarde.
Korte experimenten vertonen van nature grotere onregelmatigheden omdat ze minder bytes bevatten. Naarmate meer bytes worden verwerkt, zou de verdeling doorgaans gelijkmatiger moeten worden, hoewel een werkelijk willekeurig resultaat er nooit perfect uniform uit hoeft te zien.
Wanneer u naar een balk wijst, worden de bytewaarde, het aantal en het percentage ervan weergegeven. Balken die het vaste zichtbare bereik van de grafiek overschrijden, worden aan de bovenkant afgekapt, maar hun onderliggende waarden en knopinfo blijven ongewijzigd.
Wat is hier kwantum?
In de QRNG zendt een gecontroleerde lichtbron fotonen naar een sensor. Zelfs wanneer het gemiddelde lichtniveau constant is, fluctueert het exacte aantal fotonen dat tijdens elk zeer kort bemonsteringsinterval wordt uitgezonden en gedetecteerd op onvoorspelbare wijze. Deze fotonschotruis komt voort uit de kwantumaard van licht: afzonderlijke gebeurtenissen waarbij fotonen worden uitgezonden en gedetecteerd hebben waarschijnlijkheden, maar hun precieze uitkomsten kunnen niet worden voorspeld.
De sensor zet die fluctuaties om in een elektrisch signaal, dat wordt gedigitaliseerd tot ruwe waarden. Het apparaat controleert of de gemeten ruis door het kwantumproces gedomineerd blijft en niet door gewone elektronische of omgevingsruis. De ruwe gegevens worden vervolgens geconditioneerd om vertekening te verwijderen en een uniforme stroom willekeurige bits te produceren. Conditionering creëert de willekeur niet; het kwantummeetproces blijft de bron ervan.
De resulterende bits worden via USB naar de computer verzonden en gecombineerd tot de bytewaarden die in het experiment worden getoond.
Over de QRNG
De pagina toont de locatie van de QRNG, de apparaatstatus, het model, de firmware, de kwantumbron en de uitvoersnelheid.
Apparaatstatus verwijst uitsluitend naar de fysieke QRNG-hardware. Er wordt alleen Verbonden weergegeven wanneer dat apparaat daadwerkelijk wordt gedetecteerd en verbonden is; anders wordt Niet verbonden weergegeven. De status verandert niet alleen doordat een experiment wordt gestart of gestopt.
Wanneer het fysieke apparaat is verbonden, is de kwantumbron fotonschotruis en bedraagt de opgegeven uitvoersnelheid 500 kb/s. Hardwarespecifieke waarden die niet beschikbaar zijn, worden als zodanig weergegeven.
Schrödingers kat
De pagina Schrödingers kat gebruikt kwantumwillekeurige gegevens van de Crypta Labs Cicada 0.5 USB-QRNG om het radioactieve verval van één rubidium-82-kern te simuleren.
Wat u ziet
De doos bevat een virtuele kat en een gesimuleerd radioactief apparaat dat giftig gas vrijlaat als de kern vervalt. Rubidium-82 heeft een halveringstijd van ongeveer 75 seconden. Terwijl de doos gesloten blijft, toont het scherm de veranderende waarschijnlijkheden dat de kat leeft of dood is. Na 75 seconden gaat de doos automatisch open en wordt een van beide uitkomsten zichtbaar.
Een halveringstijd van 75 seconden betekent dat een rubidium-82-kern een kans van 50% heeft om binnen dat interval te vervallen. Het betekent niet dat elke kern na precies 75 seconden vervalt. De vervaltijd van een afzonderlijke kern is onvoorspelbaar en korte vervaltijden zijn waarschijnlijker dan lange.
Wat is hier kwantum?
Schrödingers kat is een gedachte-experiment dat in 1935 werd voorgesteld om de vreemde gevolgen zichtbaar te maken van het uitbreiden van de kwantummechanica van microscopische systemen naar alledaagse voorwerpen. In de geïdealiseerde opstelling wordt een kat opgesloten in een doos met een radioactieve kern, een detector en een mechanisme dat gif vrijlaat als de kern vervalt. Vóór de meting beschrijft de kwantumtheorie de kern als een superpositie van vervallen en niet-vervallen toestanden. Omdat de detector, het gifmechanisme en de kat aan die gebeurtenis zijn gekoppeld, wordt het volledige systeem beschreven als ermee verstrengeld totdat de doos wordt geopend en een uitkomst wordt waargenomen.
Deze website creëert geen macroscopische kwantumsuperpositie. In plaats daarvan levert de QRNG willekeurige gegevens die worden gegenereerd uit fotonschotruis, een werkelijk kwantumfysisch proces. De software zet die gegevens om in een gesimuleerde vervaltijd die dezelfde exponentiële waarschijnlijkheidswet volgt als radioactief verval. Als de gesimuleerde kern vervalt voordat de doos wordt geopend, sterft de kat; anders blijft zij leven. De fysieke kwantumwillekeur is echt, terwijl de rubidium-82-kern, het verval, het gifmechanisme en de kat worden gesimuleerd.
Over het experiment
De pagina toont de locatie en het type van het experiment, de bron van de willekeur, de kwantumbron van de QRNG, de gesimuleerde kern, de halveringstijd ervan en hoe de vervaltijd wordt verkregen. Bij afwezigheid van werkelijk radioactief materiaal wordt de vervaltijd gesimuleerd op basis van de fysieke kwantumwillekeur die door de QRNG wordt geleverd.
Tijd en opslag
Kalendertotalen en grafiekperioden gebruiken de lokale tijdzone Europe/Amsterdam. Intern kunnen minuuttijdstempels in UTC blijven staan, zodat metingen tijdens overgangen van zomer- naar wintertijd eenduidig blijven.
De live geschiedenis van natuurlijke straling wordt over herstarts van de toepassing heen bewaard. Bij een plotselinge onderbreking kan een kleine hoeveelheid van de nieuwste, nog niet opgeslagen gegevens verloren gaan. Een daaruit voortvloeiend hiaat wordt weergegeven als een onvolledige periode en niet door een geschatte vervangende waarde.
Resultaten van experimenten met quantumwillekeur worden niet als langetermijngeschiedenis opgeslagen. Een voltooide grafiek blijft tijdens de huidige browsersessie op de pagina staan totdat een nieuwe uitvoering begint of de pagina opnieuw wordt geladen.
De uitkomsten van Schrödingers kat zijn simulatieresultaten en geen detectorgeschiedenis, en worden niet opgenomen in de gegevens van Natuurlijke straling.
Taalondersteuning
De site ondersteunt Engels, Nederlands, Duits en Spaans. De taalschakelaar in de koptekst doorloopt deze talen en houdt de bezoeker waar mogelijk op dezelfde pagina.
Help-pagina's
Documentatie, Begrippenlijst, Over, Privacybeleid en Gebruiksvoorwaarden worden via de gedeelde Help-navigatie aangeboden. De Markdown-inhoud wordt per taal geladen, terwijl de omliggende lay-out gedeeld blijft.