Der optische Computer

Die Zahl der Operationen, die Elektronenrechner pro Sekunde bewältigen, hat sich bisher alle sieben Jahre verzehnfacht. Die leistungsstarksten Maschinen erreichen heute fast eine Milliarde. Diese stürmische Entwicklung war nur möglich durch die Erfindung und stetige Verbesserung des Transistors.

Mittlerweile aber ist sozusagen eine Schallmauer erreicht. Da der Beweglichkeit der Elektronen enge Grenzen gesetzt sind, läßt sich mit Computern, in denen Signale von elektrischen Strömen übermittelt werden, die derzeitige Rechengeschwindigkeit kaum noch nennenswert steigern.

Noch schnellere Rechner erfordern das Umschalten auf einen anderen Informationsträger: Die höchste Geschwindigkeit erreicht bekanntlich das Licht. Was läge näher, als Licht als Signalübermittler zu verwenden? Ausgehend von dieser Idee, haben die Physiker Eitan Abraham, Colin T. Seaton und Desmond Smith von der Heriot-Watt-Universität in Edinburgh einen optischen Transistor entwickelt. In der April- Ausgabe von „Spektrum der Wissenschaft“ beschreiben sie Funktionsweise und Möglichkeiten dieses „Transphasors“, wie sie ihn nennen.

Wesentlich für den Transistor ist, daß er zwei Zustände annehmen kann, elektrisch leitend und nicht leitend. Entsprechend sind auch im Transphasor zwei Zustände herzustellen: lichtdurchlässig und lichtundurchlässig. Und wie sich der Transistor durch einen schwachen Steuerstrom zwischen beiden Zuständen schalten läßt, kann der Transphasor durch einen schwachen Steuerstrahl vom undurchlässigen in den durchlässigen Zustand überführt werden. Die Zeit aber, die dieser Schaltvorgang benötigt, ist beim Transphasor rund tausendmal kürzer als beim Transistor.

Ein optischer Computer wäre somit noch tausendmal schneller als derzeitige Elektronenrechner. Das ergäbe die schwer vorstellbare Zahl von einer Billion Operationen pro Sekunde.

Doch wäre das keineswegs das einzige Plus der neuen Rechnergeneration. Während elektrische Ströme sich vermischen, können Lichtstrahlen mittels Lasertechnologie strikt parallel geführt werden, so daß sie sich nicht überlagern. Folglich ließen sich in einem einzigen Transphasor mehrere Schaltvorgänge gleichzeitig vornehmen. Auch das kommt der Rechengeschwindigkeit zugute.

Die erregendste Möglichkeit aber ist, wie die Forscher von der schottischen Hochschule erläutern, daß ein Transphasor nicht nur zwischen zwei Zuständen — undurchlässig/durchlässig — schalten kann. Durch geeignete Wahl der Lichtintensität lassen sich mehr als zwei Durchlässigkeitsstufen einstellen. Das bedeutet: Statt nur mit den beiden Ziffern 0 und 1 zu rechnen, wie heutige Computer, könnte der optische

Computer auch mit größeren Ziffern umgehen. Jeder Durchlässigkeitsstufe würde eine andere Ziffer zugeordnet. Das würde nicht nur das Rechentempo nochmals steigern und enorm Speicherplatz sparen, sondern die Entwicklung einer völlig neuartigen („mehrwertigen“) Computerlogik erlauben.

Die Edinburgher Wissenschaftler haben bereits einen Transphasor, dessen Kernstück ein Kristall aus Indiumantimonid ist, getestet und einsatzbereit. Nun geht es darum, viele Millionen davon zum Netzwerk eines Computers zu verschalten. Lichtleitende Filme könnten die nötigen Verbindungen integrierter optischer Schaltkreise abgeben.

Sicher ist es noch ein weiter Weg vom Labor-Transphasor zum optischen Computer. Dennoch ist der Photonenrechner, wie Abraham, Seaton und Smith schreiben, „eine faszinierende Vision, die schon in relativ naher Zukunft Realität werden könnte“.

Quelle: Spektrum der Wissenschaft