China team sends quantum keys over commercial networks

http://optics.org/news/10/6/1          03 Jun 2019

Quantum-secured keys distributed 100 times faster than previous field-test demonstrations, claim Beijing researchers.


Austrian Research Centers

Scientists in China have reported quantum key distribution (QKD) on a 50 kilometer-long commercial fiber network.

The team, from Peking University and Beijing University of Posts and Telecommunications, say that they used a version of the encryption technology known as “continuous-variable” (CV) QKD, which uses standard fiber components, rather than specialist single-photon sources.

The main advantage of the approach is that the quantum keys can be distributed quickly, with no need for cooling of high-spec components. While the technique has been demonstrated in both the laboratory and deployed fiber networks before, this latest experiment is said to extend transmission distance and key distribution rates to new highs.

Faster key rates
The research team carried out two field tests of CV-QKD, in the Chinese cities of Xi’an and Guangzhou, achieving transmission distances of around 30 km and 50 km with acceptable losses. 50 km is more than twice the distance of the previous best demonstration over a commercial fiber link.

“We achieve secure key rates two orders of magnitude higher than previous field test demonstrations, by employing an efficient calibration model with one-time evaluation,” wrote Hong Guo and colleagues in their paper, published in the journal Quantum Science and Technology.

“Our results pave the way for the deployment of continuous-variable QKD in metropolitan settings.”

Guo describes the result as a “significant step” towards bringing quantum encryption into everyday use. “It has pushed CV-QKD towards a more practical setting, and, naturally, one may expect that a ‘quantum-guaranteed’ secure metropolitan network could be built within reach of current technologies,” he added.

Sharp bends
According to Guo and colleagues, one of the main challenges involved in bringing QKD to existing fiber-optic networks is that they are inevitably subject to much stronger perturbations caused by changing environmental conditions and physical stress. “This in turn causes severe disturbances of the transmitted quantum states,” they explain.

Commercial networks also suffer from higher losses because of the various splices, sharp bends and inter-fiber couplings used in a real-world link, compared with a laboratory setup optimized for QKD.

“The software and hardware of CV-QKD modules must not only be designed to cope with all the conditions affecting the transmission fiber, but must also be robustly engineered to operate in premises designed for standard telecom equipment,” states the team, adding that because the systems need to run continuously and without frequent attention, they must be designed to recover from any errors automatically, thus preventing service interruptions.


Vi kan ikke stole på rakettforsvar for å verge oss mot innkommende missiler

Missiler designet for å ødelegge innkommende interkontinentale missiler mislykkes ofte i tester og kan øke global risiko for masseødeleggelse

Av Laura Grego, David Wright, i magasinet Scientific American juni 2019 Utgave

https://www.scientificamerican.com/article/we-cant-count-on-missile-defense-to-defeat-incoming-nukes/

  • I over ti år har USA testet et system for å skyte ned innkommende kjernevåpenbærende missiler. Det viser alarmerende upålitelighet og sårbarhet.
  • Systemet går under navnet Ground-baserte Midcourse Defense. Problemene med systemet stammer fra et voldsomt hastverk med å få utplassert systemet, uten bruk av standard kvalitetskontroller for militære systemer.
  • Disse avskjærende missilene er allerede plassrt i felten og bidrar sterkt til at den globale kjernefysiske risikoen øker, samtidig som de gir minimal beskyttelse.


Tidligere i år var det et mislykket toppmøte mellom lederen av Nord-Korea, Kim Jong-un og USAs president Donald Trump. De kom ikke enighet om en måte å få avsluttet Nordkoreas missil- og atomvåpenprogram. Innen dager etter toppmøtet viste satellittbilder at Kim startet gjenoppbygging av noen av Nordkoreas rakettfasiliteter.

I 2017 hadde Kims regjering testet sine første langdistanse-raketter og fulgte snart opp med en test av hva som syntes å være en kraftig hydrogenbombe. Etter disse operasjonene fortalte Trump amerikanerne om å ikke bekymre seg. "Vi bygger det største militærutstyret i verden," sa han på Fox News-tv-kanalen. "Vi har missiler som kan slå ut en rakett i luften 97 prosent av tiden. Hvis du sender to av dem, kommer de til å bli slått ned."

Presidenten uttrykte ekstraordinær tro på GMD-systemet (Ground-based Midcourse Defense), for tiden landets eneste vakt mot interkontinentale ballistiske missiler som bærer atomvåpen. Men hans tro var ulykkelig feilplassert, uten grunnlag i fakta. USAs militære testdata viser at det ikke er grunnlag for å forvente at GMD-avskjærere skal fungere mer enn 50 prosent av tiden. Å bruke flere avskjærende missiler mot hvert mål kan i noen tilfeller forbedre disse oddsene, men vil ikke fundamentalt endre situasjonen. Sjansene for at et atomvåpen kommer igjennom i et virkelige angrep ved hjelp av flere raketter er fortsatt farlig høyt. Vår analyse av alle 19 tester gjort - den siste var i slutten av mars 2019 - samt flere regjeringsmeldinger om programmet, viser en alarmerende høy feilfrekvens.

Problemene med disse avskjærende missilene kan spores tilbake flere tiår, til programmets begynnelse, fordi Pentagon hadde stor hast med å få det utviklet, og ga avkall på teknisk overvåkning og testingskrav som har blitt brukt for de fleste store våpensystemer. Systemet største svakhet er at det er sårbart for motmiddel som ethvert land vil ta i bruk, dersom landet er i stand til å bygge et langdistanse-missil. Likevel er Pentagon i gang med å utvide den problemfylte flåten av avskjærende missiler, til tross for at de allerede har brukt mer enn 40 milliarder dollar til å produsere et svært upålitelig system.

Reliable deep-learning-based phase imaging with uncertainty quantification

Abstract

Emerging deep-learning (DL)-based techniques have significant potential to revolutionize biomedical imaging. However, one outstanding challenge is the lack of reliability assessment in the DL predictions, whose errors are commonly revealed only in hindsight. Here, we propose a new Bayesian convolutional neural network (BNN)-based framework that overcomes this issue by quantifying the uncertainty of DL predictions. Foremost, we show that BNN-predicted uncertainty maps provide surrogate estimates of the true error from the network model and measurement itself. The uncertainty maps characterize imperfections often unknown in real-world applications, such as noise, model error, incomplete training data, and out-of-distribution testing data. Quantifying this uncertainty provides a per-pixel estimate of the confidence level of the DL prediction as well as the quality of the model and data set. We demonstrate this framework in the application of large space–bandwidth product phase imaging using a physics-guided coded illumination scheme. From only five multiplexed illumination measurements, our BNN predicts gigapixel phase images in both static and dynamic biological samples with quantitative credibility assessment. Furthermore, we show that low-certainty regions can identify spatially and temporally rare biological phenomena. We believe our uncertainty learning framework is widely applicable to many DL-based biomedical imaging techniques for assessing the reliability of DL predictions.

© 2019 Optical Society of America under the terms of the OSA Open Access Publishing Agreement


Unifying photocycle model for light adaptation and temporal evolution of cation conductance in channelrhodopsin-2

Jens Kuhne, Johannes Vierock, Stefan Alexander Tennigkeit, Max-Aylmer Dreier, Jonas Wietek, Dennis Petersen, Konstantin Gavriljuk, Samir F. El-Mashtoly, Peter Hegemann, and Klaus Gerwert

Significance

Understanding the mechanisms of photoactivated biological processes facilitates the development of new molecular tools, engineered for specific optogenetic applications, allowing the control of neuronal activity with light. Here, we use a variety of experimental and theoretical techniques to examine the precise nature of the light-activated ion channel in one of the most important molecular species used in optogenetics, channelrhodopsin-2. Existing models for the photochemical and photophysical pathway after light absorption by the molecule fail to explain many aspects of its observed behavior, including the inactivation of the photocurrent under continuous illumination. We resolve this by proposing a branched photocycle explaining electrical and photochemical channel properties and establishing the structure of intermediates during channel turnover.

BATTERIER I STRØMNETTET: Nettselskapene får ikke eie batterier 

https://www.tu.no/artikler/nettselskapene-far-ikke-eie-batterier/456958?key=DlN0HEML

Eg har lagt inn fylgjande kommentar under denne artikkelen: - For meg ser ikkje nettoperatøren ut som den beste eigaren av stasjonære batteri. Eg trur eigaren av kaiområdet vil vera ein betre batterieigar. Han kan organisere optimal bruk av batteriet på kaia til alle slags ladetilbod, både for bil og ferje. Standardisering av ladestasjonane er viktig, slik at ferje og bil skal kunna hurtiglade frå eit og same stasjonære batteri.


Ikkje la roboten ha fingeren på avtrekkaren

Denne oppmodinga kjem frå redaksjonen i magasinet Scientific American, i marsnummeret 2019.

I innleiinga til artikkelen skriv dei fylgjande:

Drapsmaskinene er på veg. Nå finst det robotvåpen som oppsøker målet og øydelegg det, utan at eit menneske treng å vera med på skadeverket. Dette kan bli ein revolusjon i krigføringa like ille som kruttet og atombomba. Risikoen er stor for at dette skal gå ut over sivile, i ei av dei mørkaste scenaria der kunstig intelligens går amok. Vi treng sårt til eit internasjonalt forbod mot drapsrobotar, slik vi har det mot kjemiske og biologiske våpen.  Men nokon av dei største militærmaktene i verda er motstandarar av eit slikt forbod.

Her står artikkelen:   https://www.scientificamerican.com/article/dont-let-robots-pull-the-trigger/


Her er Norges strømkabler til utlandet

Høye strømpriser hittil i 2019 har ristet liv i debatten om Norges kabler til utlandet. Da Senterpartiet tok opp saken i Stortinget, listet tidligere olje- og energiminister Marit Arnstad (Sp) opp kabler og «rekordstor eksport av strøm» som to av årsakene bak den høye strømprisen.

Men alternativet hadde neppe vært billigere, ifølge NVE og Statnett.

– Hadde vi ikke vært knyttet til andre land med ledninger og kabler ville vi trolig måttet bygge ut langt mer vannkraft — og også gasskraft eller annen kraft som sikret strømforsyningen når været gjør det umulig å basere alt på vannkraft, sier Christer Gilje i Statnett.

Dette sto i ein artikkel som kom i  tu.no  21. februar: https://www.tu.no/artikler/her-er-norges-stromkabler-til-utlandet/457474?key=gFKzniQW


Skal kurere Alzheimer med norskutviklet medisin

Dette var ein artikkel som kom i  tu.no  i dag:
https://www.tu.no/artikler/skal-kurere-alzheimer-med-norskutviklet-medisin/458529   

Kommentar til setningen: «En løsning på gåten rundt Alzheimer vil spare samfunnet for veldig store beløp til pleie og omsorg. De rent forretningsmessige verdiene av en medisin til behandling av Alzheimer kan ha et markedspotensial på over 10 milliarder dollar.» Dette resonnementet overser det faktum at totalmarkedet for medikamentell behandlingen av den typen som omtales er de aldrende. Som 68-åring aksepterer jeg litt motvillig å bli omtalt som aldrende. Men vi kan ikke redusere samfunnskostnadene forbundet med aldring med å drive livredning mot alle de vanligste dødelige sykdommene. Moderne medisin har gitt mange av mine jevnaldrende mulighet til å overleve hjertesvikt og kreftangrep, og dermed opplever vi at andelen demente blant oss stiger. Men det er nesten ingen av oss aldrende som ikke er plaget av en sykdom som ikke kan helbredes, og vi må leve med et svært begrenset håp om at forskning i vår levetid skal gi oss helbred. Mange omtaler symptombehandling som ufullkommen helsehjelp, men for mange av oss aldrende vil effektiv behandling av våre sykdomssymptomer nå være å foretrekke over ekstra leveår i framtida!


Smart-grid-eksperiment i Tyrkia og Portugal

Mustafa Alparslan Zehir er postdoktor ved Istanbul tekniske universitet og ein spesialist på elnett-teknikk. Han peikar på ei erfaring som er gjort med storstilte satsingar på å få vanlege straumbrukarar til å leva energieffektivt. Etter nokre månader fell brukarane frå, fordi programmet ikkje engasjerer når det ikkje lenger er nytt og spanande.

I eit internasjonalt prosjekt som heiter GReSBAS prøvar Zehir og kollegene nå å lokke straumbrukarane til å spare straum med å bruke ei spelplattform. Med ein base i Istanbul har dei sett opp GReSBAS-installasjonar fleire stader i Tyrkia og Portugal, og inviterer speldeltakarane til å bruke ei sanntidsplattform til å spore sin daglege straumbruk. Deltakarane kan konkurrere innanfor husstanden, blokka, eller grannelaget, og setja opp statistikk og mål for eigen straumbruk.

Dette står det om 4. februar 2019 i IEEE Spectrum:  https://spectrum.ieee.org/energywise/energy/the-smarter-grid/smart-grid-experiment-saves-participants-the-equivalent-of-one-electric-bill-per-year

Eg har fylgjande kommentar til denne artikkelen:
Eit spel er eit sterkt insentiv til læring, men for dei fleste vil eit lotteri vera eit endå sterkare insentiv! Mange straumbrukarar ville gladeleg lære å samarbeide om straumsparing dersom elnettoperatøren organiserte eit lotteri rundt den daglege straumrekninga. Den brukaren som treffer nettbehovet gjennom dagen best med sitt faktiske forbruk vinn dagens gevinst i straumlotteriet!


DARPA ynskjer betre tilkopling til hjernen

DARPA (Defense Advanced Research Program Agency) er mest kjend for si rolle då Internet blei bygt. I 2018 runda institusjonen 60 år, og kunngjorde i mars 2018 eit nytt forskingsprogram med tittelen Nestegenerasjons nevroteknologi (N3). N3-programmet til DARPA skal finansiere forsking på mogelege teknikkar som kan få signal til å gå begge vegar mellom ein menneskehjerne og eit eksternt apparat. Eit sentralt krav til teknikken er at han ikkje skal medføre kirurgiske inngrep av noko slag, altså utan bruk av dei nålkontaktane til enkeltceller som har vore slik ein suksessteknikk i hjerneforskninga, ikkje minst for Moser-gruppa ved NTNU i Trondheim. Kunngjeringa av kven som blir tildelt nye hjerneforskingsprosjekt er lova nå i starten av 2019.  

Her står det meir om N3-programmet til DARPA:
https://spectrum.ieee.org/the-human-os/biomedical/bionics/darpa-wants-brain-interfaces-for-able-bodied-warfighters


Korleis kan hjernen kjenne att andlet?

Eit stort spørsmål om hjernen som vi ennå står utan svar på er korleis synssansen fungerer. Sentralt i dette spørsmålet står korleis hjernen kan kjenne att andlet, det viktigaste sosiale kjenneteiknet. Nevrovitskapen har lært oss at når vi kjenner att andlet så brukar vi nerveceller innanfor den delen av hjerneborken som heiter andletslappane. Innsikten i korleis systemet av andletslappar er organisert har gjort det mogeleg å slutte seg fram til kva utrekningar som hjernen utfører for å kjenne att andlet. Denne nevronkoden kan nyttast til å forstå korleis andre objekt enn andlet kan vera representert i hjernen.

Dette står det om i februarnummeret 2019 av Scientific American:
https://www.scientificamerican.com/article/how-the-brain-reads-faces/



Aurora-generated image of optically cleared mouse brain neurons. Photo: King’s College London

Biophotonics Best?

Denne veka har konferansen Photonics West gått i San Francisco i California. Sundag 3. februar var det ein plenumsesjon om nevroteknologi som gav oss lovnader om ny og billegare teknikk for eit betre liv. Menneskehjernen er stadig full av gåter som bør løysast. Hjernesvikt har blitt både vanlegare og dyrare enn før på grunn av ein aukande eldredel i befolkninga, men forskarane har likevel ikkje detaljert innsikt i struktur og funksjon til hjernen. Sjukdom er ikkje alltid lett å oppdage før utbrot, og mange kliniske behandlingsforsøk er mislykka. For å koma vidare arbeider ekspertane med nye metodar for å studere hjernen med bildeteknikk. Her står eit samandrag av presentasjonane i denne sesjonen:

Photonics techniques key to unraveling the mysteries of the brain



Photonics Best?

Ein oppglødd industri er nå vel budd til den årlege samlinga på konferansen «Photoncs West» i San Francisco. Men hjå oss her «over dammen» melder ei bekymring seg om at p-ordet har blitt for fort gløymt. Tre nobelprisvinnarar som arbeider i fotonikksektoren – Gérard Mourou, Ted Hänsch og Stefan Hell – har kritisert EU-kommisjonen for at fotonikk ikkje er nemnt i utkasta til det nye forsknings- og innovasjonsprogrammet Horizon Europe.

Nobelprisvinnarene brukar sterke ord i brevet som dei har sendt til Carlos Moedas og Mariya Gabriel, EU-kommisærar for forskning og den digitale økonomien. Dei tre vitsakapsmennene skriv at det ville vera eit «alvorleg strategisk mistak» å taka fotonikk ut av lista over prioriterte teknologier som skal stå i planutkastet for Horizon Europe.

Her er oppslaget på  optics.org  om saka:   http://optics.org/news/10/1/35
Nobel winners attack European Commission over photonics omission


Evolusjonslære utan kamp mot religionen?
I skolane i USA er det i dag bare 28 prosent av lærarane som har undervisningsopplegg for evolusjonslære. Mange er redde for å møte sterke religiøse motforestillingar om læra hjå både elevar og foreldre, og kjenner seg ikkje budde til kamp. Difor blir det nå organisert ein innsats for å auke kunnskapen og tiltrua til evolusjonslæra blant lærarane i USA.  Dette står det om i augustnummeret 2018 av magasinet Scientific American. Her er artikkelen:  https://www.scientificamerican.com/article/teachers-help-one-another-bring-evolution-back-to-the-classroom/ 

I min ungdom blei eg lokka til fysikken fordi den då baud meg eit deterministisk verdsbilete. Litt av den same appellen hadde DNA-molekylet då det blei oppdaga. Men i både kvantemekanikk og molekylærgenetikk er det nå slik at lotteriet har ein like sentral plass som determinismen. Då står ikkje fysikken lenger fram som noko stort og altopplysande som leie meg inn i livskvelden. Etter eit langt liv med fysikk sit eg nå med eit omfattande verdsbilete, det naturvitskapelege verdsbiletet som eg er heilt avhengig av matematikkens språk for å formidle. Med dette utgangspunktet har eg lita tru på at det naturvitskapeleg verdsbiletet skal kunna fortrenge alle religionar i verda. Eg meinar sameksistens må bli framtida. Eg trur ikkje på Gud, men ser at det er det stadig mange som gjer. For meg er naturvitskapen noko som eksisterer bare på fordi mange nok menneske har blitt einige om det. Den eksistensen vil eg også tilkjenne Gud.


I januarnummeret 2019 av magasinet Scientific American står det i leiarartikkelen at mat er viktig for helsa, men at fysisk aktivitet er endå viktigare. Om vi tek færre enn 10 000 steg om dagen aukar risikoen for at vi skal få sjukdom i blod, kar eller stoffskifte. Dette skriv Henry Pontzer i magasinartikkelen «Ein kropp utvikla for trening». Det er eit leit faktum at vaksne i USA vanlegvis går mindre enn 5000 steg om dagen, noko som fører til at mange i USA får diabetes eller døyr av hjartesvikt.


Optical developments take optogenetics deeper, less invasively

As neuroscientists progress in their application of optogenetics, they want to take it further. This is evidenced by an explosion in the development of light-sensitive opsins that allow researchers to target neurons with amazing specificity. But the old problem of light scattering is a hurdle in the path of brain research. At this point, optogenetics’ dramatic impact on neuroscience is being tenuated by the invasive use of optical fiber to reach beyond the brain’s superficial layer. Thank goodness for the ingenuity of engineers, as new and refined optical tools are increasing depth and reducing invasiveness simultaneously.  Read more here


«I skodepelet om Hamlet kjem utbrotet «For eit kunstverk mennesket er!» Delvis undrande over kor noble og intelligente vi er, delvis fortvila over våre feil. Som redaktørar av Scientific American vil vi slutte oss til denne karakteristikken av mennesket som vi har frå diktaren William Shakespeare. I dette dette spesialnummeret av magasinet skal vi alle få lov til å stille trongen vi har til å forstå vår art.

Diktaren på 1500-talet hadde eventyra som kjelde til sin innsikt om mennesket. Nå i dag kan vi nytte oss av perspektivet som ligg i naturvitskapen. Då kan vi for eksempel spørje oss korleis Homo Sapiens nå kan stå att som den einaste menneskearten på to bein, når det før oss var eit utal av slike artar på jorda? I artikkelen «Einaste oppreiste hominin att», målar vår redaktør Kate Wong eit bilete av reisa til arten vår. Slå opp på side 64.»

Slik lyder dei fyste to avsnitta i leiarartikkelen i septembernummeret 2018 av Scientific American: www.scientificamerican.com/magazine/sa/2018/09-01/