Bouw: Een kwantumfluctuatie display

Vandaag, 14 april is het wereld kwantum dag en dat sluit mooi aan op de bouw van een kwantumfluctuatie display. De basis voor dit bouwpakket, ook bekend als de "Random Retro Blinker" of de "Really Random Blinker" is een transistor die op een verkeerde (onbedoelde) manier is aangesloten.

De emitter van de transistor is omgekeerd aangesloten op een 12-18V gelijkspanning. Aangezien de elektronen zich een weg proberen te banen door de silicium N-P overgang ontstaat een volkomen onvoorspelbaar gedrag en worden op die manier willekeurige pulsen gecreëerd die bepaald worden door kwantummechanica. Deze methode zorgt voor een echte willekeurigheid (true random) in tegenstelling tot b.v. willekeurige getallen die via een computer algoritme worden gegenereerd (Pseudo random).

De willekeurige pulsen worden geleid door een 64 bits schuifregister waarop leds zijn aangesloten in een 8 x 8 matrix. op die manier kunnen 2 tot de macht 64 oftewel 18446744073709551615 combinaties worden weergegeven. Dat getal is groter dan het aantal zandkorrels tezamen op deze aarde. Het effect wat ontstaat is te vergelijken met de knipperende lichtjes op oude computers, zogenaamde "Blinkenlights".
Op de printplaat zijn twee potmeters aanwezig, Een voor de snelheid van de afwisseling van de patronen en een voor instelling van de waarschijnlijkheid van het oplichten. Er zijn dan gemiddeld meer of minder leds tegelijk aan.

Het bouwpakket is te koop bij Budgetronics.eu exclusief de leds die in een kleur of kleuren naar keuze kunnen worden bijbesteld en exclusief de benodigde voeding van 12-18V.

Wat heb je aan een kwantumfluctuatie display? Helemaal niets, maar het betoverende effect van de knipperende leds en de herinnering aan oude computers met hun vele "blinkenlights" maken het leuk om er naar te kijken.

De Bouw

Bij het pakket zitten bouwinstructies die eenvoudig zijn te volgen. Op de ene kant van de print worden alle componenten gesoldeerd en op de andere kant de 64 leds.

De twee geleverde potmeters hebben verschillende waarden (10k en 100k). Aangezien de waarde niet op de potmeter zelf is aangegeven dient deze eerst gemeten te worden tussen de pootjes met de kortste afstand voor dat deze op de juiste plaats kunnen worden gesoldeerd.
De componenten opdruk op de printplaat is niet helemaal foutloos. Zo ontbreekt de waarde voor R79 (1k) en worden er diverse waarden voor de keramische condensatoren op de printplaat aangegeven, terwijl deze allemaal 100nF blijken te zijn. Maar de grootste valkuil is de fout aangegeven oriëntatie van de leds. Zo wordt in de handleiding aangegeven dat de vlakke kant van de led uitgericht moet worden met de vlakke kant zoals op de printplaat staat afgedrukt. Het gevolg is dat de leds dan precies verkeerd om worden gesoldeerd. En het is een heel karwei om dit achteraf te corrigeren. Beter is om te zorgen dat het kortste pootje van de led (kathode) wordt gestoken in het vierkant gemarkeerde gaatje, dan gaat het altijd goed.

Verbetering van het ontwerp.

Het gebruik van de schuifregisters komt zichtbaar terug in de led patronen waarbij deze steeds per klokpuls opschuiven. Persoonlijk vind ik dat minder mooi. Ik zou er zelf voor kiezen om het willekeurige patroon 64x in te klokken en dan pas zichtbaar te maken. Aangezien de gebruikte 74HC164 schuifregisters niet over een latch beschikken, zou dit gerealiseerd kunnen worden door het patroon heel snel in te klokken (b.v. op de maximale frequentie van 3 Mhz) en daarna met de gewenste wisselsnelheid (oorspronkelijke kloksnelheid) te wachten op de volgende serie. Dit is mogelijk met een aangepast klokgenerator ontwerp met behulp van een CD4060 IC. In een van de volgend blogs kom ik hier zeker nog op terug en zal ik het ontwerp en verschil demonstreren.

Midjourney interpretatie van een quantum computer op basis van buitenaardse technologie. (Dec. 2022)