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Advent 2017: Der optische Computer

05.12.2017 | 00:01 Uhr | Peter Müller

Elektronen flitzen in den Leitungsbahnen unserer Computer mit hohem Tempo herum. Mit Licht ginge es aber noch flotter.

Nichts ist schneller als Licht. Das gilt jedoch nur im Vakuum, denn in Medien wie Glas, Wasser oder dichten Gasen wird Licht sehr wohl gebremst. Was zur Folge hat, dass in manchen Fällen Partikel in einem Medium schneller unterwegs sind als das Licht. Wohlgemerkt, als das Licht im gleichen Medium. Somit gibt es auch ein optisches Pendant zum Überschallknall, wenn nämlich in Kernreaktionen freigewordene Neutronen etwa in Wasser das Licht darin gewissermaßen überholen. Man kann das schön in Abklingbecken von Kernreaktoren sehen, die zart blau schimmern. Das ist weder die Farbe eines WC-Steins noch der radioaktiven Strahlung, sondern die sogenannte Cherenkov-Strahlung,  gewissermaßen der „Überlichtknall“.

Wo Licht ist, da ist auch elektromagnetische Strahlung anderer Art, haben wir gelernt. Auch die ist im Vakuum genau so schnell und wird in Medien abgebremst. Unsere Computer arbeiten mit vielerlei Arten von Licht. Auf Ebene der Prozessoren sind die Computer von heute aber noch auf eine viel langsamere Art der Signalübertragung angewiesen: Ladungstransport respektive elektrischer Strom. Gewiss, auch das geht schnell vonstatten und mit der Zeit immer schneller, aber bei weitem nicht so schnell wie Licht. Was wäre also, wenn der Computer von morgen nicht mit Strom arbeiten würde, sondern mit Licht?

Antwort vom 4. Dezember

Warum hätten Experimentatoren sich nicht nach Paris im Bundesstaat Texas zurückziehen sollen? Immerhin war ihre Apparatur derart empfindlich, dass die Ruhe der Provinz beim Experimentieren hätte helfen können. Aber auch so konnten Michelson und Morley recht präzise feststellen, dass die von einem wie auch immer gearteten Äther erzeugten Interferenzmuster in ihrem Versuch nicht zu sehen waren. Dabei durften bei den Messungen zur frühen Morgenstunden nicht einmal Straßenbahnen fahren, in der Nähe der Universität von Cleveland, Ohio.

Geschwindigkeiten wären dann möglich, die man sich heute noch kaum vorstellen mag, die Driftgeschwindigkeit von Elektronen in Leiterbahnen beträgt nicht einmal ein Zehntel der Lichtgeschwindigkeit. Problem dabei: Der optische Computer ist nach wie vor ein Traum und wird womöglich einer bleiben, denn es fehlt nach wie vor an einigen entscheidenden Bauteilen, die man heute als Halbleitern fertigt und für die es keine Lichtleiter-Pendants gibt. Zwar kann man schon heute Signale sehr gut und schnell über Lichtleiter schicken, am Ende müsste da Licht doch wieder seine Informationen an Elektronen in Materie abgeben und wieder zurück. Allein hier verbrauchen optoelektronische Bauteile so viel Energie, dass herkömmliche Transistoren effizienter bleiben.

Es fehlt in der Optik an Pendants für Transistoren, Speicher oder Switches, für einen echten optischen Computer sind an sich völlig neue Ansätze notwendig. Etwa mit den Photonen selbst logische Berechnungen anstellen. Man wird sich in den nächsten Jahrzehnten ohnehin von binären Computern verabschieden müssen, will man deren Rechenleistung weiter steigern. Die 10 Nanometer, die typische Leiterbahnen heutzutage nur noch mehr breit sind, stehen haarscharf am Rande dessen, was technisch machbar ist, ohne mit den Gesetzen der Quantenphysik in Konflikt zu geraten. Einzelne Quanten könnten aber dann die Aufgaben heutiger Halbleiterstrukturen übernehmen. Und Quanten sind ja nichts weiter als in Teilchen manifestiertes Licht.

Die Frage von heute: Es gibt keinen iLightMac, das heißt aber nicht, dass Lichtleiter keine Rolle bei Apple spielen. Respektive gespielt haben, denn mit dem Macbook Pro von 2016 und 2017 verzichtet Apple auf einen digital optischen Audioausgang, der bisher auch in der Klinkenbuchse verbaut war und Audio in hoher Auflösung ausgeben konnte. Diesen Output-Standard haben die Firmen Sony und Philips wesentlich geprägt, weshalb er auch als S/PDIF bekannt ist, Sony/Philips Digital Interface. Der Standard ist auch unter einem anderen Namen bekannt, nämlich

  1. Firewire

  2. Thunderbolt

  3. Toslink

Wenn Sie die Antwort wissen, tragen Sie diese mitsamt Ihrer Adresse und E-Mail in das  Gewinnspielformular ein, das heute bis 23.59 Uhr geöffnet hat (Link für mobile Nutzer) Unter den Einsendern der richtigen Antworten verlosen wir:

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