Von: Dennis L.
Effizientere Computer

Laser und Kristalle machen Computer 100.000 schneller

Traditionelle Silizium-Chips in Computern können zukünftig durch Kristalle ersetzt werden. In Verbindung mit modernster Lasertechnologie werden so ungeahnte Leistungssteigerungen möglich.

Laser und Kristalle könnten Computer wesentlich schneller machen.
© Fabian Langer / Universität Regensburg

London (Großbritanien). Herkömmliche Computer funktionieren mit Silizium-Chips. Seit Jahrzehnten werden diese immer effizienter - nun aber scheint die Grenze der Leistungsfähigkeit solcher Produkte ausgereizt zu sein. 

Forscher der Universitäten Michigan, Regensburg und Marburg haben daher eine neue Richtung eingeschlagen: Sie untersuchten die Leiterfähigkeit von Kristallen. Dabei fanden sie, dass wenn man Kristalle aus Gallium-Selenid verwendet, keine Abwärme erzeugt wird. Werden Elektronen durch Silizium-Halbleiter geschleust, kollidieren stets einige von ihnen miteinander. Dies ist bei den kristallinen Halbleitern jedoch nicht der Fall.

Mittels kurzer Laserimpulse, die im Abstand von weniger als 100 Femtosekunden erfolgen, wird der Energiezustand der Elektronen erhöht, wodurch sie sich weiterbewegen. Die Ausrichtung des Kristalls zum Lichtstrahl bedingt hierbei die Bewegungsrichtung der Elektronen, die auch innerhalb eines Kristalls noch verändert werden kann. Fallen die Elektronen wieder zurück auf einen niedrigeren Energiezustand, senden sie ihrerseits Lichtimpulse aus. Dadurch können Informationen in andere Elektronen eingeschrieben oder Datensätze ausgelesen werden. Auch bei diesem Prozess ist die Position der Kristalle in Ansehung der Laserstrahlen ausschlaggebend.

Hohe Effizienzsteigerungen möglich

Diese Methode sorgt nicht nur dafür, dass Computer nicht mehr heiß laufen. Sie erhöht vor allem die Arbeitsgeschwindigkeit um ein Vielfaches. Noch arbeiten Rechenmaschinen mit Binärcodes, also den Zuständen 0 und 1. Die neue Technologie wird es zukünftig aber erlauben, sich dieser Beschränkung zu entledigen. Aufgrund der hohen Geschwindigkeit der Laser kann ein Elektron auch zwischen zwei energetischen Zuständen bestrahlt werden. Es wird somit beliebig manipulierbar und kann als Qubit genutzt werden. Das System eignet sich dazu, als Grundlage für Quantencomputer zu dienen.

Enormes Zukunftspotential

Allerdings wird es vermutlich noch einige Jahre dauern, bis die neuen Forschungsergebnisse technisch Umgesetzt werden können. Rupert Huber von der Uni Regensburg, der das Forschungsprojekt leitete, stellte das enorme Potential dieser Entdeckung jedoch deutlich heraus: Seine Forschungsgruppe habe "herausgefunden, dass man Elektronen mit Lichtimpulsen durch Kristalle bewegen kann. Dieses System kann man nutzen, um Computer mit bisher unbekannter Geschwindigkeit zu bauen, die zehn- bis hunderttausendmal schneller sind als heute.“, so die Forscher in der Fachzeitschrift Nature.

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