Квантовый шум 1/f

Эта статья о квантовом шуме 1/f. Чтобы узнать о шуме 1/f, см. Розовый шум .

Квантовый 1/f-шум является неотъемлемой и фундаментальной частью квантовой механики . Пилоты-истребители, фотографы и ученые ценят более высокое качество изображений и сигналов, возникающее в результате учета квантового шума 1/f. Инженеры боролись с нежелательным шумом 1/f с 1925 года, давая ему поэтические названия (такие как мерцающий шум, funkelrauschen, шум сцинтилляции и т. д.) из-за его загадочной природы. Примерно 50 лет спустя была разработана квантовая теория шума 1/f, описывающая природу шума 1/f и позволяющая объяснить и рассчитать его с помощью простых инженерных формул. Это позволяет осуществлять малошумную оптимизацию материалов, устройств и систем большинства высокотехнологичных приложений современной промышленности и науки. Теория включает традиционные и когерентные квантовые эффекты 1/f (Q1/fE). Оба эффекта объединены в общую инженерную формулу и присутствуют в шуме Q1/f, который сам по себе является большей частью фундаментального шума 1/f. Последняя определяется как результат одновременного присутствия в системе нелинейности и определенного типа однородности и может быть квантовой или классической.

Обычное Q1/fE представляет собой флуктуации 1/f, вызванные тормозным излучением , декогеренцией и интерференцией при рассеянии заряженных частиц друг от друга, при туннелировании или в любом другом процессе в физике твердого тела и вообще.

Другие наборы данных о шуме

Недавно также было заявлено, что шум 1/f наблюдался в самостроящихся функциях более высокого порядка, а также в сложных системах, как биологических, химических и физических.

Теория

Основной вывод квантового 1/f был сделан Питером Генделем, физиком-теоретиком из Университета Миссури – Сент-Луис. Луи и опубликовано в журнале Physical Review A в августе 1980 года.

Несколько сотен документов были опубликованы многими авторами о квантовой теории Генделя о 1/f-шуме, которая является новым аспектом квантовой механики. Они проверили, применили и развили формулы квантового шума 1/f. Альдерт ван дер Зил , нестор электронного шумового поля, проверил и применил его во многих устройствах и системах вместе с десятками своих аспирантов. Он описан в последней из его 12 книг: «Шум в электронных устройствах и схемах», изданной Уайли в 1986 году. Он также обновил и обобщил множество проверок, практических приложений и т. д. в своем авторитетном обзоре 1988 года «Единое описание 1/». f Noise» в Proceedings of IEEE .

Опровержения теории

В 1986 и 1987 годах две независимые группы теоретиков этой области, Группа-1: Тео Ньювенхейзен, Даан Френкель и Нико Г. ван Кампен ; Группа-2: Ласло Б. Киш и Питер Хеслер ; пришел к выводу, что теория Генделя, объясняющая квантовый эффект 1/f, неверна как по физическим, так и по математическим причинам. Вскоре после этого независимый набор аргументов, показывающий, что объяснение электронного шума 1/f «квантовым шумом 1/f» заведомо неверно, был включен в стандартную обзорную статью Майкла Вайсмана о шуме 1/f. Ньювенхейзен и др. в заключении своей статьи заявляют: «Поскольку теоретическая основа квантовой теории 1/f-шума Генделя, по-видимому, отсутствует, мы должны заключить, что согласие с экспериментами является случайным». и, таким образом, они указывают на то, что некоторые из опубликованных экспериментальных результатов являются подозрительными. Хотя были попытки ответить на некоторые возражения против теории Генделя, квантовый 1/f-шум считается несуществующим эффектом большинством ученых, знакомых с его теорией. Трудность в том, что здесь суждение, основанное на фундаментальной науке, требует знания квантовой электродинамики, однако большинство ученых, изучающих шум, являются физиками твердого тела или инженерами. Индекс научного цитирования ежегодно показывает более 20 тысяч статей с ключевыми словами «шум» и/или «колебания». Мнение вышеупомянутых профильных экспертов в области шума состоит в том, что до тех пор, пока уровень публикаций о несуществующем эффекте квантового шума 1/f не будет оставаться около 1 статьи в год, более экономично обращаться к старым отрицаниям. чем расписывать новые отказы.

См. также

• Шум выстрела
• 1/f шум
• Белый шум
• Шум Джонсона – Найквиста
• Отношение сигнал/шум
• Мощность шума
• Шумоэквивалентная мощность
• Фазовый шум
• Список тем, посвященных шуму
• Замеры аудиосистемы
• Цвета шума

Дальнейшее чтение

Дополнительную информацию о квантовом шуме 1/f см.:

• Гендель, Питер Х. (16 июня 1975 г.). «Шум 1/f — «инфракрасный» феномен». Письма о физических отзывах . 34 (24). Американское физическое общество (APS): 1492–1495. Бибкод : 1975PhRvL..34.1492H . дои : 10.1103/physrevlett.34.1492 . ISSN   0031-9007 .
• Гендель, Питер Х. (16 июня 1975 г.). «Природа фазового шума 1/f». Письма о физических отзывах . 34 (24). Американское физическое общество (APS): 1495–1498. Бибкод : 1975PhRvL..34.1495H . дои : 10.1103/physrevlett.34.1495 . ISSN   0031-9007 .
• Гендель, Питер Х. (1975). «1/f Макроскопические квантовые флуктуации электрических токов, вызванные тормозным излучением, с поправками на инфракрасное излучение» (PDF) . Журнал естественных исследований . 30а (9): 1201. Бибкод : 1975ZNatA..30.1201H . дои : 10.1515/zna-1975-0915 . S2CID   123012715 .

О когерентном квантовом эффекте 1/f см.:

• Гендель, Питер Х. (1 марта 1996 г.). «Когерентный и обычный квантовый эффект 1/f». Физический статус Solidi B. 194 (1). Уайли: 393–409. Бибкод : 1996PSSBR.194..393H . дои : 10.1002/pssb.2221940133 . ISSN   0370-1972 .
• П. Х. Гендель: «Вывод квантового эффекта 1/f в устройствах», IEEE Trans. на Электр. Приборы (1994), представленные к публикации.
• Гендель, PH; Турнье, А.; Хеннинг, Б. (2005). «Квантовый эффект 1/f в резонансных биохимических пьезоэлектрических и МЭМС-сенсорах». Транзакции IEEE по ультразвуку, сегнетоэлектрике и контролю частоты . 52 (9). Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE): 1461–1467. дои : 10.1109/tuffc.2005.1516017 . ISSN   0885-3010 . ПМИД   16285443 . S2CID   42681846 .