Superschnell und energieeffizient: Lichtrechner. (Bild: Panuwatccn/Shutterstock)
Schon in den 1960er-Jahren haben Wissenschaftler:innen an sogenannten optischen Computern geforscht. Die Lichtrechner basieren auf Lichttechnik statt auf elektronischen Schaltungen wie herkömmliche Geräte.
Lichtrechner setzt auf Logikgatter-Technik
Jetzt hat ein Team von Forscher:innen der finnischen Aalto-Universität in Helsinki einen optischen Computer entwickelt, der auf die konventionelle Logikgatter-Technik setzt.
Diese Logikgatter, von denen Milliarden in Computerchips verbaut sein können, dienen dazu, Ein- und Ausgangssignale zu verarbeiten. Durch die Kombination von Logikgattern werden komplexe Aufgaben wie der Download von Daten oder das Abspielen von Videos ermöglicht, wie New Scientist schreibt.
Optische Lichtsignale ersetzen Elektronen
In dem neuartigen Lichtrechner wurden die normalerweise durch die Leiterbahnen fließenden Elektronen durch optische Lichtsignale ersetzt.
Das trägt dazu bei, dass der potenzielle Computer aus Finnland ungefähr eine Million Mal so schnell rechnen kann wie die aktuelle Generation von Computern. Darüber hinaus sinkt auch der Stromverbrauch massiv.
Mit oder gegen Uhrzeigersinn drehende Signale
Der neue Ansatz der Forscher:innen um Studienautor Zhang Yi nutzt zirkular polarisiertes Licht als Eingangssignal. Statt positiv oder negativ geladen, drehen sich die Lichtsignale entweder mit oder gegen den Uhrzeigersinn – und repräsentieren dadurch die „0“ oder „1“.
Die aus kristallinem Material bestehenden Logikgatter fangen das Licht ein und senden es – abhängig von der Chiralität (Händigkeit) der Eingangsstrahlung – verändert wieder aus. Also als „0“ oder „1“.
Das diene dann als Grundbaustein für die verschiedenen Arten von Logikgattern (XNOR, NOR, AND, XOR, OR und NAND). Die Logikgatter können durch Hinzufügen von Filtern oder anderen optischen Komponenten gestaltet werden.
Komplexe Operationen erstmals in einem Gerät
Erstmals sei es den Forscher:innen aus Finnland dabei gelungen, diese komplexen Operationen in einem Gerät unterzubringen, wie mdr.de schreibt. Die Verarbeitung kann parallel ablaufen.
Die Ergebnisse der Forschung sind jetzt im Fachmagazin Science Advances veröffentlicht worden.
Komplexere multifunktionale und hybride Lösungen
Für noch mehr Leistungsfähigkeit könnten künftig komplexere multifunktionale Logikgatter sorgen. Auch hybride Lösungen, bei denen optische und elektronische Technik zum Einsatz kommt, seien möglich.
Aber: Noch handelt es sich bei der Entwicklung um Grundlagenforschung, wie Zhang Yi betont. Wichtig sei den Forscher:innen gewesen, die Machbarkeit von multifunktionalen Logikgattern nachzuweisen. Bis zur Marktreife werde es noch eine Weile dauern.
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