Elektronenschaltkreise? Der Computer der Zukunft arbeitet mit Licht

Ohne Lichtleiter kein schnelles Internet. Diese Formel kennen inzwischen viele. Aber Licht kann noch viel mehr. Magdeburger Forscher haben jetzt eine Technologie entwickelt, die Computer mit Licht arbeiten lässt.

Computerchip
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Schon wieder eine Revolution in der Computertechnik? Wenn es nach den Physikern der Universität Magdeburg geht, ja.

Extrem kompakte optische Schaltkreise, in denen Licht statt Elektronen zur Datenübertragung verwendet wird, könnten künftig die Kommunikation und Datenverarbeitung revolutionieren.

Prof. Jan Wiersig, Universität Magdeburg

Statt in Elektronen wollen die Wissenschaftler die Informationen also künftig in Lichtpaketen speichern. Die größte Herausforderung dabei ist allerdings die Kontrolle des Lichts. Und genau daran arbeiten der Forscher der Uni Magdeburg gemeinsam mit den Gruppen von Prof. Yun-Feng Xiao (Peking University, China), Prof. Marko Loncar (Harvard University, USA) und Prof. Lan Yang (Washington University, USA). Denn in den verschiedenen Teilen eines Speichers - die Forscher nennen ihn Mikroresonator - hat das Licht unterschiedliche Geschwindigkeiten. Informationen können aber nur bei gleicher Geschwindigkeit ausgetauscht werden. Die Forscher müssen deshalb die Geschwindigkeiten im Wellenleiter und dem eigentlichen Speichermodul anpassen.

Erst das Chaos löst das Problem

Das gelingt den Physikern mit einem Trick. Sie verformen den Lichtspeicher, der eigentlich rund ist. Dadurch erzeugen sie ein optisches Chaos. Ergebnis: Die Geschwindigkeit des Lichts schwankt sehr schnell. Es entsteht aber kein totales Durcheinander. Im Gegensatz: Für einen kurzen Moment gleichen sich die unterschiedlichen Geschwindigkeiten an und synchronisieren sich. Und diese Spanne reicht, um Licht - und damit die Informationen - aus dem Wellenleiter in den Lichtspeicher einzuspeisen und zu entnehmen.

Licht und Informationen

Der Radfahrer versucht, dem schnelleren Autofahrer seine Infopakete zu übergeben - es klappt nicht. Der Lichtspeicher wird verformt. Erst das Chaos sorgt für Synchronisation. Jetzt klappt der Austausch.

Illustration des Kopplungsprozesses zwischen einem geraden Wellenleiter und einem Lichtspeicher ohne Chaos
So illustrieren die Physiker den Kopllungsprozess zwischen Lichtleiter und Speicher: Der Radfahrer versucht dem schnelleren Autofahrer seine Infopakete zu übergeben - es klappt nicht. Bildrechte: Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg/Y. Feng, X. Huang
Illustration des Kopplungsprozesses zwischen einem geraden Wellenleiter und einem Lichtspeicher ohne Chaos
So illustrieren die Physiker den Kopllungsprozess zwischen Lichtleiter und Speicher: Der Radfahrer versucht dem schnelleren Autofahrer seine Infopakete zu übergeben - es klappt nicht. Bildrechte: Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg/Y. Feng, X. Huang
Zeichnunge: Optisches Chaos
Der Lichtspeicher wird verformt. Erst das Chaos sorgt für Synchronisation. Jettz klappt der Austausch. Bildrechte: Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg/Yin Feng und Xuejun Huang
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Für theoretische Physiker klingt das alles andere als verrückt. Sie sehen darin den entscheidenden Vorteil, Informationen ohne die Reibungsverluste, die heute bei Elektronen entstehen, extrem schnell zu verarbeiten - wie das Forscherteam es auch in seiner Veröffentlichung im Wissensmagazin Science schreibt. Und das wäre wirklich eine Revolution.

Über dieses Thema berichtet MDR AKTUELL: im Radio | 01.11.2017 | 14:30 Uhr