Erster photonischer Prozessor mit Bias, 300-mal schneller als heutige Prozessoren.

Forscher der University of Oxford haben den ersten photonischen Prozessor entwickelt, der die Lichtpolarisation nutzt, um die Speicherdichte und Rechenleistung zu erhöhen.

Die Photonik hat gegenüber der Elektronik große Vorteile. Und Tatsache ist, dass Licht in großen Bandbreiten schneller und funktionaler ist. Derzeit laufen mehrere Forschungsprojekte, um die Eigenschaften der Photonik in der Computerverarbeitung zu nutzen, da sie bereits in anderen Bereichen wie Telekommunikation und Computernetzwerken eingesetzt werden.

Verdrängter photonischer Prozessor

Zum Verständnis dieser in der Fachzeitschrift Science Advances veröffentlichten Studie muss gesagt werden, dass Licht eine interessante Eigenschaft hat, die für Berechnungen genutzt werden kann. Unterschiedliche Wellenlängen des Lichts interagieren nicht miteinander, was beispielsweise in der Glasfaser zur Kommunikation genutzt wird. Unterschiedliche Lichtpolarisationen interagieren auch nicht miteinander. Jeder von ihnen kann als unabhängiger Informationskanal verwendet werden, wodurch Informationen in mehreren Kanälen gespeichert werden können. 

Mit diesem Konzept entwickelten die Forscher den ersten photonischen Prozessor, der Lichtpolarisation nutzt. Dazu entwickelten sie einen HAD-Nanodraht (Hybridized Active Dielectric) aus einem Material, das schaltbare Materialeigenschaften aufweist, wenn es mit optischen Impulsen beleuchtet wird. Jeder Nanodraht reagiert selektiv auf eine bestimmte Polarisationsrichtung, sodass Informationen gleichzeitig unter Verwendung mehrerer Polarisationen in verschiedenen Richtungen verarbeitet werden können.

Die Entwicklung erhöht die Dichte um mehrere Größenordnungen im Vergleich zu herkömmlichen elektronischen Chips. Die Rechengeschwindigkeit ist höher, weil diese Nanodrähte mit optischen Impulsen moduliert werden, die in Nanosekunden laufen. Der neue Chip verspricht, mehr als 300-mal schneller und dichter zu sein als bestehende Chips.

„Dies ist nur der Anfang dessen, was wir uns für die Zukunft wünschen, nämlich die Nutzung aller Freiheitsgrade, die Licht bietet, einschließlich der Polarisation, um die Informationsverarbeitung drastisch zu parallelisieren“, erklären die Forscher. Das Projekt befindet sich in einem Vorstadium und wird Jahre der Entwicklung erfordern, aber es stößt auf Interesse.

Elektronik, Photonik und neue Materialien

Es muss gesagt werden, dass das Mooresche Gesetz, das die Geschäftsstrategie in der Halbleiterindustrie definierte, die das Erscheinen des Mikroprozessors und dann des Personal Computers ermöglichte, der Schlüssel zur Erhöhung der Dichte und damit der Anzahl der Transistoren und letztendlich der Leistung.

Heute ist es fertig, weil Materialien (Silizium) und moderne Technologien nicht mehr zulassen. Und es ist wichtig, die Produktivität weiter zu verbessern und mit Funktionen wie künstlicher Intelligenz und maschinellem Lernen zu arbeiten, die spezialisierte und fortschrittlichere Hardware als heute erfordern.

Und wenn wir die Anzahl der Transistoren nicht mit der erforderlichen Rate erhöhen können, wie können wir dann mehr Funktionalität in jeden einzelnen packen? Die Antwort könnten Projekte wie dieser photonische Prozessor sein, der die Polarisationseigenschaft von Licht nutzt.