Optical Quantum Random Number Generator

A physical random number generator based on the intrinsic randomness of quantum mechanics is described. The random events are realized by the choice of single photons between the two outputs of a beamsplitter. We present a simple device, which minimizes the impact of the photon counters' noise, dead-time and after pulses.Comment: 3 pages + 1 figur

Faint laser quantum key distribution: Eavesdropping exploiting multiphoton pulses

The technological possibilities of a realistic eavesdropper are discussed. Two eavesdropping strategies taking profit of multiphoton pulses in faint laser QKD are presented. We conclude that, as long as storage of Qubits is technically impossible, faint laser QKD is not limited by this security issue, but mostly by the detector noise.Comment: 7 pages, 6 figure

Photon counting for quantum key distribution with Peltier cooled InGaAs/InP APD's

The performance of three types of InGaAs/InP avalanche photodiodes is investigated for photon counting at 1550 nm in the temperature range of thermoelectric cooling. The best one yields a dark count probability of $2.8\cdot 10^{-5}$ per gate (2.4 ns) at a detection efficiency of 10% and a temperature of -60C. The afterpulse probability and the timing jitter are also studied. The results obtained are compared with those of other papers and applied to the simulation of a quantum key distribution system. An error rate of 10% would be obtained after 54 kilometers.Comment: 8 pages, 10 figures, submitted to Journal of Modern Optic

Berufsfeld - Entwicklung: vor dem Hintergrund aktueller Entwicklungen und des Strukturwandels

Der vorliegende Expertenbericht analysiert den Einfluss verschiedener aktueller Entwicklungen wie Digitalisierung, Covid-19 und Klimawandel auf den Arbeitsmarkt und die Aus- und Weiterbildung in verschiedenen Berufsfeldern. Im Auftrag des SBFI wurden eine Literaturstudie sowie Interviews mit Expert:innen ausgewählter Berufsfelder durchgeführt, um die Herausforderungen der Berufs(feld-)entwicklung vor diesem Hintergrund einzuschätzen. Die drei untersuchten Trends unterscheiden sich in ihrer Entstehung und in ihrer Wirkung deutlich. Die Digitalisierung, als Sammelbegriff für verschiedene technologische Innovationen, wirkt als Treiber eines andauernden Strukturwandels der Wirtschaft. Covid-19 trat dagegen völlig überraschend auf. Es wirkte sich schockartig auf die Märkte inklusive des Arbeitsmarkts aus, die sich aber vergleichsweise rasch erholten. Der Klimawandel findet dagegen seit vielen Jahrzehnten statt. Es dauerte jedoch lange, bis er als menschengemachte Herausforderung für Wirtschaft und Gesellschaft erkannt und politische Massnahmen zu seiner Eindämmung ergriffen wurden. Angesichts dieser vielfältigen Herausforderungen stellt sich die Frage, wie Berufe und Berufsfelder künftig (weiter)entwickelt werden können, um dem Wandel gewachsen zu sein. Dieser Bericht untersucht daher die aktuellen Instrumentarien der Berufsfeldentwicklung. Berufsfeldentwicklung wird hier verstanden als der Prozess der Entstehung, Veränderung und Auflösung von Berufsfeldern und Berufen. In der Berufsbildung wird der Begriff Berufsentwicklung in einem engeren Sinn verwendet, wo Bildungserlasse verbundpartnerschaftlich zwischen Bund, Kantonen und Verbänden ausgehandelt werden. Dieser Prozess gewährleistet eine starke Orientierung am Arbeitsmarkt, so dass neue Entwicklungen systematisch in die Bildungserlasse aufgenommen werden können. Zugleich sorgen national anerkannte Berufe dafür, dass sich die erworbenen Kompetenzen nicht auf den Lehrbetrieb beschränken, sondern auf dem Arbeitsmarkt breit einsetzbar sind. In den allgemeinbildenden Teilen des Bildungssystems gelten dagegen andere Steuerungsprinzipien, beispielsweise sind die meisten Schulen und Hochschulen kantonal organisiert und die Organisationen der Arbeitswelt/Verbände nur indirekt involviert. Die Analyse der Fachliteratur zu den genannten Trends ergab einen Überblick über die bisherigen Anpassungsleistungen des Bildungssystems und des Arbeitsmarktes an die veränderten Rahmenbedingungen. Da sich konkrete Auswirkungen neuer Entwicklungen und Megatrends in schweizerischen Berufsfeldern in der Literatur nur beschränkt identifizieren lassen, wurden Interviews mit Expert:innen aus sechs Berufsfeldern sowie aus dem Hochschulbereich durchgeführt, um die Erkenntnisse zu ergänzen und zu erweitern. Die Digitalisierung verändert berufliche Tätigkeiten, lässt Berufe an Bedeutung gewinnen oder verlieren und neue Berufe entstehen. Die in Literatur und Interviews beschriebenen konkreten Auswirkungen sind jedoch kaum auf einen Nenner zu bringen, sondern unterscheiden sich zwischen Berufen und selbst zwischen Betrieben der gleichen Branche. Im Bildungswesen schlagen sich veränderte Kompetenzanforderungen am raschesten im Weiterbildungsbereich nieder. Mit einer gewissen Verzögerung erreichen sie auch die formale Bildung. Erstens werden neue und veränderte Kompetenzen in die Bildungsgrundlagen aufgenommen, seien es digitale Kompetenzen im engeren Sinn, oder überfachliche Kompetenzen, um die Mobilität der Lernenden und Studierenden auf einem sich wandelnden Arbeitsmarkt zu gewährleisten. Zweitens werden neue Ausbildungen geschaffen, die Spezialisierungen im digitalen Bereich erlauben. Drittens hat die Digitalisierung auch die Lehre und das Schulmanagement in allen Teilen des Bildungswesens erfasst. Covid-19 hat der Digitalisierung im Bildungswesen aufgrund des erzwungenen Fernunterrichts einen Schub verliehen. Die Erfahrungen der Lehrpersonen waren dabei gemischt, was die Gestaltung des Fernunterrichts und die Förderung der Lernenden/Studierenden angeht. Auf dem Arbeitsmarkt war der pandemiebedingte Beschäftigungseinbruch nur von kurzer Dauer, und auch der Lehrstellenmarkt und die Eintritte in übrige Ausbildungen waren über alle Berufsfelder gesehen nur kurzfristig betroffen. Einzig im Weiterbildungsbereich sank die Teilnahme teilweise stark. Unklar ist, ob die Pandemie die Attraktivität einzelner Berufsfelder wie Gastronomie/Hotellerie und Gesundheitswesen langfristig verändert hat. Alle Berufsfelder werden auch von Bestrebungen erfasst, den Klimawandel zu bremsen und die Nachhaltigkeit zu fördern. Während diese Bemühungen Kosten verursachen, werden auch Stellen für einschlägige Fachkräfte geschaffen, wobei die Berufsfelder wiederum in unterschiedlicher Weise betroffen sind. Nachhaltigkeitsaspekte werden in der Berufspraxis zunehmend verankert und fliessen in die Gestaltung von Bildungsangeboten und -grundlagen ein. In der Berufsbildung geschieht dies u.a. durch den systematischen Einbezug des Bundesamts für Umwelt und des Bundesamts für Energie bei Revisionen der Bildungserlasse. Bei den Weiterbildungen im Umweltbereich ist besonders spürbar, dass die Nachfrage auch von politischen Massnahmen abhängt, mit denen die Nachhaltigkeit und damit verbundene berufliche Tätigkeiten gefördert werden. Die Analyse der drei Trends zeigt, dass sie sich vielgestaltig auswirken. Arbeitsmarkt und Bildungswesen haben sich bislang darin bewährt, die technologische Entwicklung kontinuierlich und die Covid-19-Pandemie kurzfristig im Krisenmodus zu bewältigen. Im Fall des Klimawandels beziehungsweise ökologischer Probleme genügt es hingegen nicht, auf die flexible Anpassungsfähigkeit von Arbeitsmarkt und Bildungswesen zu setzen. Entsprechend sind hier sorgfältig durchdachte politische Massnahmen notwendig. Der Staat kann in neuen Berufsfeldern zudem die Organisationsfähigkeit der Wirtschaft und generell gesellschaftliche Anliegen unterstützen. Trotzdem gibt es gute Gründe für die kollektive Steuerung des Bildungswesens, in der Verbundpartnerschaft und Föderalismus eine wichtige Rolle spielen. Eine zentralistische staatliche Steuerung könnte kaum adäquat und rasch auf die neuen Entwicklungen reagieren, die sich je nach Berufsfeld unterschiedlich auswirken. Für eine im Berufsfeld koordinierte Weiterentwicklung der betreffenden Aus- und Weiterbildungen stellen allerdings die unterschiedlichen Steuerungsmechanismen in der Berufsbildung und der Allgemeinbildung eine Herausforderung dar. Zusätzlich haben sich die verbundpartnerschaftlichen Aushandlungsprozesse der Berufsbildung zwar bewährt, doch sind die Prozesse eher aufwändig und lassen sich nur beschränkt beschleunigen oder flexibilisieren. Weiter gilt es bei der Gestaltung der Bildungsgrundlagen abzuwägen, welche Bestimmungen in welchem Detailierungsgrad notwendig sind und wie viel Autonomie den Akteuren bei der Umsetzung eingeräumt wird (Subsidiaritätsprinzip). Schliesslich kommt der Innovationsfähigkeit im Allgemeinen eine grosse Bedeutung zu, um die Krisenresilienz komplexer Systeme zu erhöhen. Daher könnte Innovation in der Berufs(feld)entwicklung – insbesondere das Ausprobieren neuer Ansätze inhaltlicher, methodischer, technologischer oder didaktischer Art an allen Lernorten – systematischer mitgedacht und der Spielraum für entsprechende Experimente aktiv gefördert werden

Quantum entanglement with acousto-optic modulators: 2-photon beatings and Bell experiments with moving beamsplitters

We present an experiment testing quantum correlations with frequency shifted photons. We test Bell inequality with 2-photon interferometry where we replace the beamsplitters by acousto-optic modulators, which are equivalent to moving beamsplitters. We measure the 2-photon beatings induced by the frequency shifts, and we propose a cryptographic scheme in relation. Finally, setting the experiment in a relativistic configuration, we demonstrate that the quantum correlations are not only independent of the distance but also of the time ordering between the two single-photon measurements.Comment: 14 pages, 16 figure

Late-glacial pollen analysis, oxygen-isotope record, and radiocarbon stratigraphy from Rotsee (Lucerne), Central Swiss Plateau

Pollen analysis and stable isotope analysis for Rotsee sediment cores revealed three major climatic changes during the Late-Glacial period. AMS-14C ages for 59 terrestrial plant macrofossil samples provide a high-resolution time scale for those climatic changes. The cores suggest two periods of constant radiocarbon ages: at 12,600 and at 10.000 yrs B.P. Both coincide with phases of climatic warming. A new correlation between chrono- and palynostratigraphy is proposed on the basis of the presented hardwater error free AMS-dates.Die Resultate der Pollenanalyse sowie der Analyse stabiler Isotope (òl80) lassen in den Sedimenten des Rotsees bei Luzern drei grössere Wechsel des Klimas (Temperatur) im Verlauf des Spätglazials erkennen. Mittels 59 Beschleuniger-14C-Daten an fossilen Pflanzenresten terrestrischer Herkunft (hauptsächlich Betula-Früchte und -Kätzchenschuppen), wurde eine zeitlich hochauflösende Radiokarbonstratigraphie erarbeitet, um die durch Bio- und Isotopenstratigraphie aufgezeigten Klimawechsel in einen zeitlichen Rahmen zu stellen. Die Altersbestimmungen an den nicht durch einen Hartwasserfehler beeinflussten Makroresten zeigen zwei Abschnitte mit konstanten I4C-Altern (sog. Plateaux), welche um 12 600 B.P. und um 10000 B.P. liegen. Aufgrund von palyno- und isotopenstratigraphischen Vergleichen mit andern Lokalitäten des Schweizer Mittellandes sowie aufgrund der Sedimentzusammensetzung kann eine kurzfristige Erhöhung der Sedimentationsrate während diesen beiden Abschnitten ausgeschlossen werden. Es lässt sich eine Koinzidenz zwischen den Phasen klimatischer Erwärmung und dem Auftreten dieser l4C-Plateaux feststellen. Aufgrund des konstanten Radiokarbonalters wird eine Abschätzung der Dauer dieser für die Vegetations- und Klimageschichte äusserst wichtigen Zeitabschnitte verunmöglicht; nur l4C-unabhängige Datierungsmethoden (Varven, Baumringe) können in diesen Zeitabschnitten weiterführen. Auf der Basis der hochauflösenden Radiokarbonstratigraphie schlagen wir für das Schweizer Mittelland eine neue Korrelation zwischen Chrono- und Palynostratigraphie vor: Der Beginn der Bolling-Chronozone, 13 000 B.P., kommt aufgrund der hartwasserfehlerfreien Daten in die waldfreie Zwergbirkenphase der FiRBAs-Zone Ia zu liegen. Dadurch ergibt sich eine Diskrepanz von einigen Jahrhunderten zwischen dem Beginn der Boiling Chronozone (B0) und der Belling Biozone (Ib/c). Das Ende des Boiling und der Übergang zur Allerod-Chrono- (AL) und Biozone (II), 12 000 B.P, ist mit dem starken Anstieg der Pinus-Kur\e gegeben. Der Übergang zur Jüngeren Dryas (DR3) Chronozone. 11000 B.P., wird durch die Tephraschicht des Laacher Vulkans gebildet, während dem die Biozone der Jüngeren Dryas (III) erst einige Jahrhunderte später, mit der Zunahme der NBP (hauptsächlich Artemisia) einsetzt. Aufgrund des l4C-Plateau um 10 000 B.P. kann das Ende der Jüngeren Dryas (DR3) Chronozone und somit auch der wichtige Übergang zum Holozän keinem biostratigraphischen Ereignis zugeordnet werden

Heterologous expression from the human D-Loop in organello

We report the expression of a linear reporter construct in isolated human mitochondria. The reporter construct contained the entire human D-Loop with adjacent tRNA (MTT) genes (mt.15956-647), the human ND1 gene with an in frame GFP gene and adjacent endogenous MTT genes and heterologous rat MTT genes. Natural competence of isolated human mitochondria of HepG2 cells was used to import reporter constructs. The import efficiency of various fluorescently labelled PCR-generated import substrates in the range of 250bp up to 3.5kb was assessed by quantitative PCR and evaluated by confocal microscopy. Heterologous expression of the imported construct was confirmed at RNA level by a circular RNA (cRNA)-RT-PCR assay for the expression of tRNAs and by in organello [α-(32)P]-UTP labelling and subsequent hybridisation to reporter-specific sequences for monitoring mRNA expression. Heterologous expression of rat mitochondrial tRNA(Leu(UUR)) (rMT-TL1) was confirmed by co-/post-transcriptional trinucleotide (CCA) addition. Interestingly, the rat-specific MT-TL1 was correctly processed in isolated human mitochondria at the 3' end, but showed an aberrant 5' end processing. Correct 3' end processing of the heterologous expressed mitochondrial rat tRNA(Ser2) (MT-TS2) was detected. These findings demonstrate the feasibility of genetic manipulation of human mitochondria, providing a tool for characterisation of cis-acting elements of the human mitochondrial genome and for the study of human mitochondrial tRNA processing in organello