Computern mit Lichtgeschwindigkeit

Wie die Zeitschrift New Scientist meldet, haben Mikhail Lukin und Darrick Chang von der Harvard University ein Konzept für die Konstruktion eines Licht-Transistors entwickelt, der mit Halbleiter-Nanodrähten arbeiten soll.

Die Geschwindigkeit eines Computers ist derzeit unter anderem dadurch begrenzt, dass sich elektrische Signale auf Platinen nicht einmal annähernd mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten. Weil Photonen sich wesentlich schneller fortbewegen als elektrischer Strom, könnten Rechenprozesse durch den Einsatz von Photonen erheblich beschleunigt werden. Ein mit Licht statt mit Strom betriebener Rechner könnte deshalb theoretisch bis zu hundert mal schneller laufen als heutige Supercomputer.

Bisher funktionierte das allerdings nur in der Theorie. In der Praxis scheiterte das Konzept daran, dass es nicht gelang, einen effizient arbeitenden Photonen-Transistor zu entwickeln. Lichtimpulse können, wie elektrischer Strom, ein- und abgeschaltet werden. Die Schwierigkeit liegt darin, den Schaltprozess zwischen diesen beiden Zuständen zu kontrollieren. Anders als Elektronen, deren Fluss durch elektrische Felder gesteuert werden kann, sind Photonen elektrisch neutral und beeinflussen sich nicht auf entsprechende Weise. Das macht es schwierig, einen Lichtstrahl mittels eines anderen zu kontrollieren.

Ein möglicher Weg, Lichtstrahlen in eine verwertbare Interaktion zu zwingen, ist ein so genanntes "Oberflächenplasmon" – eine Dichteschwankung von Ladungsträgern in Halbleitern oder Metallen. Dieses Quasiteilchen bildet sich, wenn Licht zwischen einem Leiter und einem Nichtleiter gestrahlt wird. Bereits im letzten Jahr entwickelte Anatoly Zayats von der Queen's University in Belfast auf dieser Grundlage eine Technik, mit der sich Transistoren für optisches Rechnen bauen lassen: Mit einem Lichtstrahl, dem so genannten Kontrollstrahl, wird das Plasmon beeinflusst, das darauf hin die Intensität eines anderen Lichtstrahls, des Signalstrahls, verändert. Der Nachteil an diesem Verfahren war, dass eine sehr große Menge an Photonen benötigt wurde, um den Signalstrahl zu kontrollieren - was wiederum zu einem enormen Energieverbrauch führte.

Während Zayats für sein Oberflächenplasmon einen polymerüberzogenen Goldfilm nutzte, schlagen Lukin und Chang vor, stattdessen einen Halbleiter-Nanodraht zu verwenden, der einer Miniatur-Glasfaser entspricht. Weil der Nanodraht das Plasmon auf wesentlich weniger Raum konzentrieren würde als der Goldfilm, müsste er auch weitaus empfindlicher auf die Intensität des Kontrollstrahls reagieren. Lukin zufolge reicht diese erhöhte Empfindlichkeit aus, dass schon ein einzelnes Photon den Signalstrahl umschalten kann. Die beiden Wissenschaftler haben nach eigenen Angaben bereits mit der Entwicklung eines nach ihrer Theorie aufgebauten Prototypen begonnen. Funktioniert die von ihnen postulierte Technologie, wäre die Entwicklung eines optischen Computers erstmals in wirtschaftlich greifbare Nähe gerückt. (pem/Telepolis) / (fr)