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Zum ersten Mal haben Wissenschaftler auf einem Computerchip lichtbasierte Informationen als Schallwellen gespeichert.
Das klingt vielleicht etwas merkwürdig, aber diese Umwandlung ist kritisch, wenn wir jemals von unseren derzeitigen, ineffizienten elektronischen Computern zu lichtabhängigen Computern wechseln wollen, die Daten mit Lichtgeschwindigkeit bewegen.
Licht- oder Photonic-Computer haben das Potenzial, mindestens 20-mal schneller zu laufen als Dein Laptop, ganz zu schweigen von der Tatsache, dass sie keine Wärme produzieren oder Energie aufnehmen wie bestehende Geräte.
Denn sie würden theoretisch Daten in Form von Photonen statt Elektronen verarbeiten.
Ich sage in der Theorie, weil, trotz Firmen wie IBM und Intel das Ziel verfolgen einen lichtbasierten Computer zu entwickeln, ist der Übergang leichter gesagt als getan.
Informationen in Photonen zu kodieren ist einfach genug, das tun wir bereits, wenn wir Informationen über Lichtwellenleiter senden.
Aber einen Weg zu finden, damit ein Computerchip Informationen, die in Photonen gespeichert sind, abrufen und verarbeiten kann, ist schwierig. Es ist die Eigenschaft die Licht so attraktiv macht: Es ist zu schnell, als dass existierende Mikrochips es lesen könnten.
Deshalb werden Informationen, die über das Internetkabel gesendet werden, derzeit in langsame Elektronen umgewandelt. Eine bessere Alternative wäre aber, das Licht zu dämpfen und in Klang umzuwandeln.
Und genau das haben Forscher der University of Sydney in Australien jetzt getan.
"Die Informationen in unserem Chip in akustischer Form laufen fünf Größenordnungen langsamer als im optischen Bereich", sagt Projektleiterin Birgit Stiller.
"Es ist wie der Unterschied zwischen Blitz und Donner."
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Das bedeutet, dass Computer die Vorteile von Daten haben könnten, die von Licht geliefert werden - hohe Geschwindigkeiten, keine Hitze durch elektronische Widerstände und keine Störungen durch elektromagnetische Strahlung, aber auch in der Lage sein könnten, diese Daten genug zu verlangsamen, so dass Computerchips etwas Nützliches damit machen könnten.
"Damit lichtbasierte Computer zu einer kommerziellen Realität werden, müssen photonische Daten auf dem Chip gebremst werden, damit sie verarbeitet, geroutet, gespeichert und abgerufen werden können", sagt Moritz Merklein vom Forschungsteam.
"Dies ist ein wichtiger Schritt nach vorn auf dem Gebiet der optischen Informationsverarbeitung, da dieses Konzept alle Anforderungen an optische Kommunikationssysteme der heutigen und zukünftigen Generation erfüllt", ergänzt Teammitglied Benjamin Eggleton.
Dazu hat das Team ein Speichersystem entwickelt, das auf einem photonischen Mikrochip genau zwischen Licht- und Schallwellen überträgt - ein Chip, wie er in lichtbasierten Computern eingesetzt wird.
Wie das funktioniert, sehen Sie in der Animation unten:
Zunächst tritt die photonische Information als Lichtimpuls (gelb) in den Chip ein, wo sie mit einem Schreibimpuls (blau) interagiert und eine akustische Welle erzeugt, der die Daten speichert.
Ein weiterer Lichtimpuls, der sogenannte' Lesepuls' (blau), greift dann auf diese Schalldaten zu und sendet ihn wieder als Licht (gelb).
Während ungehindertes Licht in 2 bis 3 Nanosekunden durch den Chip dringt, einmal als Schallwelle gespeichert, kann die Information bis zu 10 Nanosekunden lang auf dem Chip verbleiben, so dass sie wieder abgerufen und verarbeitet werden kann.
Die Tatsache, dass das Team das Licht in Schallwellen umwandeln konnte, verlangsamte nicht nur die Geschwindigkeit, sondern machte auch die Datenbeschaffung genauer.
Und im Gegensatz zu früheren Versuchen funktionierte das System mit einer großen Bandbreite.
"Der Bau eines akustischen Puffers in einem Chip verbessert unsere Fähigkeit, Informationen um mehrere Größenordnungen zu kontrollieren", sagt Merklein.
"Unser System ist nicht auf eine schmale Bandbreite beschränkt. Im Gegensatz zu früheren Systemen können wir so Informationen bei mehreren Wellenlängen gleichzeitig speichern und abrufen, was die Effizienz des Geräts enorm steigert", fügte Stiller hinzu.
Die Studie wurde in Nature Communications veröffentlicht.
