Unvorstellbare Rechenpower durch Licht?

Was ist Licht? Eine Frage, bei deren Beantwortung Menschen ohne dezidierte Physikkenntnisse schnell an ihre Grenzen stossen. Trotzdem ist es heute kein Geheimnis mehr, dass sich Licht in Wellen bewegt und dabei verschiedene Frequenzen haben kann. Man denke dabei nur an die 3D-Brillen im Kino. Dort lassen die Gläser jeweils nur Licht mit einer bestimmten Schwingungsrichtung durch, um für unsere Augen den 3D-Effekt zu erzeugen.

Die Frequenz, in der Licht schwingt, gibt beispielsweise Auskunft darüber, ob es für das menschliche Auge sichtbar ist oder eben nicht. Die Forscher um Professor Andrei Pimenov an der TU Wien haben sich damit allein aber nicht zufrieden gegeben. Dem Team ist es gelungen die Polarisationsrichtung von Licht gezielt zu drehen. Sie haben die Schwingungsrichtung der Lichtwellen durch das Anlegen einer elektrischen Spannung an ein spezielles Material verändert.

Optische Computer

Bei ihrem Experiment haben sich die Forscher auf eine technologisch besonders wichtige Art von Licht konzentriert: die Terahertzstrahlung. Terahertzstrahlung ist für das menschliche Auge unsichtbar und wird heute bereits für verschiedene Zwecke verwendet. Beispielsweise für bildgebende Verfahren in der Sicherheitstechnik an Flughäfen.

Das Ziel hinter dem Experiment ist die Entwicklung eines effizienten und vor allem auch miniaturisierbaren Transitors, den man für den Bau optischer Computer verwenden könnte. Die Wissenschaftler haben sich bei diesem Vorhaben des sogenannten Faraday-Effekts bedient. Von diesem spricht man in Zusammenhang mit Materialen, die die Eigenschaft haben, die Schwingungsrichtung von Licht zu drehen, wenn sie einem Magnetfeld ausgesetzt werden.

Neuer Versuchsaufbau, altes Experiment

Für gewöhnlich ist dieser Effekt aber winzig klein. Pimenov und seinem Team gelang es bereits in der Vergangenheit diesen Effekt erheblich auszuweiten. Damals schickten sie Licht durch spezielle Quecksilber-Tellurid-Plättchen und legten mithilfe eines Elektromagneten ein Magnetfeld an.

Die Krux an der Sache war aber genau dieser Elektromagnet. "Verwendet man einen Elektromagneten, um den Effekt zu steuern, benötigt man sehr starke Ströme", erklärt Andrei Pimenov. Beim aktuellen Experiment gelang es den Forschern, die Terahertzstrahlen durch ein Anlegen einer elektrischen Spannung von weniger als einem Volt zu steuern. Das macht das System einfacher und schneller, wie aus der Mitteilung der Hochschule hervorgeht.

Möglicherweise Taktraten ab 300GHz

Die Möglichkeiten, die sich aus dem Experiment ergeben, sind noch offen. Pimenov ist aber davon überzeugt, dass basierend auf seinen Erkenntnissen eine ganz neue Art von Computern entwickelt werden kann. "Die Bauteile heutiger Computer, in denen Information nur in Form von elektrischen Strömen weitergegeben wird, können kaum noch grundlegend verbessert werden. Die Ströme durch Licht zu ersetzen, würde ganz neue Möglichkeiten bringen."

Pimenov kann sich vorstellen, dass die Taktfrequenzen von Computern der übernächsten Generation möglicherweise der Frequenz der Terahertzstrahlung entsprechen werden. Dagegen sähen heutige Prozessoren geradezu lächerlich aus. Der Frequenzbereich von Terahertzstrahlung liegt zwischen 300GHz und 3THz.

Es bleibt also abzuwarten, ob und wie die Experimente von Pimenov und seinem Team Einfluss nehmen werden auf die Entwicklung neuer Prozessoren. Rein vom Prinzip entspricht das, was die Forscher entwickelt haben, der Funktionsweise eines elektrischen Transistors. "Das Anlegen einer äusseren Spannung entscheidet darüber, ob Strom fliesst oder nicht – und in unserem Fall entscheidet die Spannung eben, ob das Licht ankommt oder nicht." Damit stehen die Chancen für eine wirtschaftliche Weiterentwicklung zumindest von der theoretischen Seite her nicht schlecht aus.