Jaarboek no. 89. 2010/2011 - Koninklijke Maatschappij voor ...
Jaarboek no. 89. 2010/2011 - Koninklijke Maatschappij voor ... Jaarboek no. 89. 2010/2011 - Koninklijke Maatschappij voor ...
Natuurkundige voordrachten I Nieuwe reeks 89 Microreactortechnologie; de chemische fabriek op een chip 54 ren besproken die kanaaldiameters in de orde van tientallen micrometers hebben. Deze microreactortechnologie is een direct gevolg van de eerdere ontwikkelingen rondom Lab on a Chip en wordt vaak aangeduid als de bottom-up benadering in reactor miniaturisering. Het is echter in veel gevallen niet noodzakelijk om te streven naar de kleinst mogelijk reactordiameter. Wanneer processen niet te exotherm zijn en niet al te labiele intermediairen produceren, kan de kanaaldiameter ook prima mmdimensies hebben. Hiermee wordt het debiet door deze kanalen zodanig vergroot dat productiecapaciteiten haalbaar zijn die kunnen concurreren met wat traditionele reactoren op jaarbasis produceren. Een bijkomend voordeel is dat deze reactoren veel robuuster in het gebruik zijn omdat ze veel minder last hebben van verstoppingen door vaste stoffen. De belangrijkste verandering in de procesvoering is dan ook veel meer het continue karakter, dan het kleinere reactorvolume dat in deze zogenaamde microgestructureerde reactoren aanwezig is. Deze methodologie wordt ook wel de top-down benadering genoemd. Het is bij deze processen dus heel belangrijk om de reactor zowel niet onder- als overte dimensioneren; kleiner is dus zeker niet altijd beter voor controle over de reactiecondities. Hebben microreactoren een toekomst in de fijnchemie en farmaceutische industrie? Onderzoek van het chemische bedrijf Lonza heeft aangetoond dat er commerciële voordelen zijn te verwachten in ongeveer de helft van de productieprocessen. 8 Hoewel er nog technische problemen zijn in veel gevallen, zou nu toch al zeker 20% van de processen beter af kunnen zijn wanneer ze geminiaturiseerd en continu gemaakt zijn. Hoewel de microreactortechnologie in het begin last heeft gehad van te ver doorgevoerde miniaturisering en een overdreven verwachtingspatroon, is er nu een veel genuanceerder beeld ontstaan van de voordelen die de techniek te bieden heeft. Zorgen voor een betere dimensionering maakt de toepasbaarheid van de techniek veel realistischer. De aanvankelijke scepsis vanuit de industrie is tegenwoordig omgeslagen. De mogelijkheden van microreactortechnologie worden op waarde geschat. En inderdaad zijn er mooie voorbeelden te vinden van productieprocessen waar deze voordelen optimaal benut worden. DSM heeft bijvoorbeeld een kiloton batch proces om kunnen zetten in een veel kleinere microgestructureerde reactor. Het traditionele proces had een explosierisico, waardoor de reactor overgedimensioneerd moest worden. De microreactor kent dit probleem niet, leidt tot een veel kleiner werkvolume en ook nog tot een efficiënter en goedkoper proces. Nederland speelt een belangrijke rol bij de ontwikkeling van nieuwe microreactortechnologie. De vele start-ups die ontstaan zijn zullen actief meehelpen met de verdere implementatie van deze nieuwe productiewijze in de fijnchemische industrie. In de nabije toekomst zal daarom het fijnchemische laboratrium ook wat apparatuur sterk verschillen van Lavoisier’s reactoren. Referenties 1. Haswell et al. Tetrahedron 2002, 4735 2. Jähnisch et al. Angew Chem. Int. Ed. 2004, 43, 406 3. Kawaguchi et al. Angew Chem Int Ed 2005, 44, 2413. 4. Nieuwland et al. Chem Asian J 2010, early view. 5. Koch et al. Org Process Res Dev 2009, 13, 1003. 6. Bart et al J. Am. Chem. Soc. 2009, 5014 7. Pennemann et al. Org Proc Res Dev 2004, 8, 422. 8. Roberge et al. Chem eng technol. 2005, 28, 318.
Natuurkundige voordrachten I Nieuwe reeks 89 Quantum Information, Nonlocal Games and Quantum Cryptography Dr. S. Fehr Centrum voor Wiskunde en Informatica, Amsterdam Introduction The story of quantum mechanics begins at the turn of the twentieth century, when a series of crises had arisen in physics. The problem was that the theories of physics at that time (now called classical physics) were predicting absurdities, like an ΄ultraviolet catastrophe΄ involving infinite energies, or electrons spiraling inescapably into the atomic nucleus. At first, these problems were resolved by means of additional ad hoc hypotheses; however, over time and with an increased understanding of atoms and radiation, these attempted explanations became more and more obscure. The crisis came to a head in the early 1920’s, after a quarter century of turmoil, and resulted in the creation of the theory of quantum mechanics. The rules of quantum mechanics are simple but even experts find them counter intuitive. ΄Anyone who is not shocked by quantum theory has not understood a single word΄ is a famous quote by Niels Bohr. Inherent to quantum mechanics are strange effects that appear to contradict our daily experiences with Nature. We briefly mention the following two. The superposition principle states that if a quantum system may be in two (or more) possible states, then it may also be in a superposition of the two. For example, if a particle can travel through two possible slits, then its path may actually be a superposition of passing through one or the other slit. Heisenberg’s uncertainty relation states that it is impossible to have full knowledge about certain pairs of physical properties of a quantum system, like to have full knowledge of the position and the momentum of a particle. As a matter of fact, according to quantum mechanics, the situation is even stranger: not only can certain properties not be fully known simultaneously, these properties are not even determined up to the point in time where they are measured, and the sole act of measuring one prop- erty strongly affects other properties. Albert Einstein, one of the best known critics of quantum mechanics, expressed his discomfort with this situation by saying ΄I cannot believe that the moon exists only because a mouse looks at it΄. Figure 1 Werner Heisenberg. The goal of looking at quantum mechanics from an information-theoretic point of view is two-fold. First, it sharpens our intuition about quantum mechanics and makes the predictions of quantum mechanics more transparent to human minds. For instance, the theory of nonlocal games (as we discuss later) provides a foundation for easy-to-understand experiments for which classical and quantum physics give different predictions (and for which so-far conducted experiments contradict the predictions of classical physics but are consistent with those of quantum mechanics). And, second, quantum information Lezing gehouden voor de Koninklijke Maatschappij voor Natuurkunde ‘Diligentia’ te ’s-Gravenhage op 22 november 2010 55
- Page 4 and 5: ISBN 978 90-72644-23-7 Drukkerij Vi
- Page 7 and 8: INHOUD Diligentiaprijs voor Scholie
- Page 9 and 10: VERSLAG VAN DE KONINKLIJKE MAATSCHA
- Page 11 and 12: Oprichting in 1793 Het Gezelschap t
- Page 13 and 14: N.Th. Michaelis 1898-1904 Dr. E.H.
- Page 15 and 16: ALFABETISCH REGISTER VAN DE VOORDRA
- Page 17 and 18: Natuurkundige voordrachten I Nieuwe
- Page 19 and 20: Natuurkundige voordrachten I Nieuwe
- Page 21 and 22: Natuurkundige voordrachten I Nieuwe
- Page 23 and 24: Elektriciteitopslag in batterijen m
- Page 25 and 26: De vermogensdichtheid van een batte
- Page 27 and 28: Figuur 3 Het effect dat vacatures (
- Page 29 and 30: Schakelbare spiegels: een samenspel
- Page 31 and 32: Applications Beside their purely fu
- Page 33 and 34: hydrogen absorption properties of t
- Page 35 and 36: Gammaflitsen: extreem nieuws uit de
- Page 37 and 38: ster ontstaat. Het directe bewijs v
- Page 39 and 40: Figuur 2 Als we voor alle 2704 gamm
- Page 41 and 42: gammaflits kan miljarden jaren na h
- Page 43 and 44: Genetica en genoomonderzoek naar ve
- Page 45 and 46: zingen in de code aanwezig die aang
- Page 47 and 48: omdat we beschikken over de gezondh
- Page 49 and 50: Microreactortechnologie; de chemisc
- Page 51 and 52: matografie, maar is zeer succesvol
- Page 53: Figuur 5 De economische haalbaarhei
- Page 57 and 58: qubit can now be described as follo
- Page 59 and 60: games not only nicely demonstrates
- Page 61: Natuurkundige voordrachten I Nieuwe
- Page 64 and 65: Natuurkundige voordrachten I Nieuwe
- Page 66 and 67: Natuurkundige voordrachten I Nieuwe
- Page 68 and 69: Natuurkundige voordrachten I Nieuwe
- Page 70 and 71: Natuurkundige voordrachten I Nieuwe
- Page 72 and 73: Natuurkundige voordrachten I Nieuwe
- Page 74 and 75: Natuurkundige voordrachten I Nieuwe
- Page 76 and 77: Natuurkundige voordrachten I Nieuwe
- Page 78 and 79: Natuurkundige voordrachten I Nieuwe
- Page 80 and 81: Natuurkundige voordrachten I Nieuwe
- Page 82 and 83: Natuurkundige voordrachten I Nieuwe
- Page 84 and 85: Natuurkundige voordrachten I Nieuwe
- Page 86 and 87: Natuurkundige voordrachten I Nieuwe
- Page 88 and 89: Natuurkundige voordrachten I Nieuwe
- Page 90 and 91: Natuurkundige voordrachten I Nieuwe
- Page 92 and 93: Natuurkundige voordrachten I Nieuwe
- Page 94 and 95: Natuurkundige voordrachten I Nieuwe
- Page 96 and 97: Natuurkundige voordrachten I Nieuwe
- Page 98 and 99: Natuurkundige voordrachten I Nieuwe
- Page 100 and 101: Natuurkundige voordrachten I Nieuwe
- Page 103 and 104: LOFAR: op zoek naar de snelste deel
Natuurkundige <strong>voor</strong>drachten I Nieuwe reeks 89<br />
Quantum Information, Nonlocal Games and Quantum Cryptography<br />
Dr. S. Fehr<br />
Centrum <strong>voor</strong> Wiskunde en Informatica, Amsterdam<br />
Introduction<br />
The story of quantum mechanics begins at the turn<br />
of the twentieth century, when a series of crises had<br />
arisen in physics. The problem was that the theories<br />
of physics at that time (<strong>no</strong>w called classical physics)<br />
were predicting absurdities, like an ΄ultraviolet<br />
catastrophe΄ involving infinite energies, or electrons<br />
spiraling inescapably into the atomic nucleus.<br />
At first, these problems were resolved by means of<br />
additional ad hoc hypotheses; however, over time<br />
and with an increased understanding of atoms and<br />
radiation, these attempted explanations became<br />
more and more obscure. The crisis came to a head<br />
in the early 1920’s, after a quarter century of turmoil,<br />
and resulted in the creation of the theory of quantum<br />
mechanics. The rules of quantum mechanics are<br />
simple but even experts find them counter intuitive.<br />
΄Anyone who is <strong>no</strong>t shocked by quantum theory has<br />
<strong>no</strong>t understood a single word΄ is a famous quote<br />
by Niels Bohr. Inherent to quantum mechanics are<br />
strange effects that appear to contradict our daily<br />
experiences with Nature. We briefly mention the following<br />
two. The superposition principle states that if<br />
a quantum system may be in two (or more) possible<br />
states, then it may also be in a superposition of the<br />
two. For example, if a particle can travel through<br />
two possible slits, then its path may actually be a<br />
superposition of passing through one or the other<br />
slit. Heisenberg’s uncertainty relation states that it<br />
is impossible to have full k<strong>no</strong>wledge about certain<br />
pairs of physical properties of a quantum system,<br />
like to have full k<strong>no</strong>wledge of the position and the<br />
momentum of a particle. As a matter of fact, according<br />
to quantum mechanics, the situation is even<br />
stranger: <strong>no</strong>t only can certain properties <strong>no</strong>t be fully<br />
k<strong>no</strong>wn simultaneously, these properties are <strong>no</strong>t even<br />
determined up to the point in time where they are<br />
measured, and the sole act of measuring one prop-<br />
erty strongly affects other properties. Albert Einstein,<br />
one of the best k<strong>no</strong>wn critics of quantum mechanics,<br />
expressed his discomfort with this situation by saying<br />
΄I can<strong>no</strong>t believe that the moon exists only because a<br />
mouse looks at it΄.<br />
Figure 1<br />
Werner Heisenberg.<br />
The goal of looking at quantum mechanics from an<br />
information-theoretic point of view is two-fold. First,<br />
it sharpens our intuition about quantum mechanics<br />
and makes the predictions of quantum mechanics<br />
more transparent to human minds. For instance, the<br />
theory of <strong>no</strong>nlocal games (as we discuss later) provides<br />
a foundation for easy-to-understand experiments<br />
for which classical and quantum physics give<br />
different predictions (and for which so-far conducted<br />
experiments contradict the predictions of classical<br />
physics but are consistent with those of quantum<br />
mechanics). And, second, quantum information<br />
Lezing gehouden <strong>voor</strong> de <strong>Koninklijke</strong> <strong>Maatschappij</strong><br />
<strong>voor</strong> Natuurkunde ‘Diligentia’ te ’s-Gravenhage<br />
op 22 <strong>no</strong>vember <strong>2010</strong><br />
55