Neue lichtbasierte Computer-Technologie erreicht 10.000 GHz – über 1.000-mal schneller als heutige Prozessoren

Heutige Computer basieren auf der Bewegung elektrischer Ladungen durch Halbleitertransistoren – ein Prozess, der durch physikalische Geschwindigkeitsgrenzen limitiert ist. Um diese Barriere zu durchbrechen, hat ein Forschungsteam unter der Leitung von Wissenschaftlern des Politecnico di Milano erfolgreich oszillierendes Licht nicht nur zur Datenübertragung, sondern auch zu deren Verarbeitung eingesetzt.

Die im Fachjournal Nature Photonics veröffentlichte Studie zeigt, dass hochpräzise gesteuerte Laserpulse Materie so manipulieren können, dass Logikoperationen bei Frequenzen von über 10 Terahertz (THz) ausgeführt werden – das ist über 1.000-mal schneller als bei den besten Prozessoren auf dem Markt.

Die Rolle von Quantenzuständen und 2D-Materialien Um diese Geschwindigkeiten zu erreichen, nutztn die Forscher Wolframdisulfid, ein mikroskopisches, zweidimensionales Material von der Dicke lediglich dreier Atomschichten. Innerhalb dieses extrem dünnen Films können Elektronen in zwei unterschiedliche Quantenzustände versetzt werden, die gemeinhin als „Valleys“ bezeichnet werden.

Diese Valleys fungieren als neuartige Informationseinheit – ähnlich den Standard-Nullen und -Einsen in der herkömmlichen Computertechnik –, lassen sich jedoch weitaus schneller steuern. Durch die Anwendung einer präzisen Sequenz unglaublich kurzer Lichtblitze, von denen jeder nur wenige Billiardstel Sekunden dauert, können die Forscher diese Informationszustände gezielt aktivieren, deaktivieren und manipulieren. 

Bemerkenswerterweise wurden diese ultraschnellen Operationen bei Raumtemperatur und mit Lichtpulsen durchgeführt, die in Laborumgebungen bereits Standard sind. Dieser optische Ansatz ermöglichte es dem Team zudem, unabhängig zu messen, wie lange die kodierte Information stabil bleibt, bevor sie zerfällt – ein entscheidender Faktor für jede zukünftige praktische Anwendung.

Obwohl die Forscher einräumen, dass noch Hürden bestehen – etwa die Skalierung der Bit-Anzahl und der Entwurf komplexerer Lichtpulssequenzen –, bildet diese erfolgreiche Demonstration ein konkretes Fundament für eine neue Generation lichtbetriebener, ultraschneller Computerhardware.