Aufgrund der Einschränkungen elektronischer Schalter haben herkömmliche Computerprozessoren fast ihre „Taktgeschwindigkeits“-Grenze erreicht. Die Taktrate ist ein Maß dafür, wie schnell sich Ihr Prozessor ein- und ausschaltet. Laut „Nature Communications“ haben Forscher des Argonne National Laboratory des US-Energieministeriums und der Purdue University kürzlich einen neuen Typ eines rein optischen Schalters erfunden, der Licht statt Elektrizität nutzt, um zu steuern, wie Daten verarbeitet und auf einem Chip gespeichert werden.
Grundlagen der einstellbaren Schaltdynamik.
Bildquelle: Physicist Organization Network
Frühere Generationen optischer Schalter hatten feste Schaltzeiten, die bei der Herstellung in das Gerät eingebaut wurden, sagten die Forscher. Diesmal stellte das Forschungsteam einen optischen Schalter aus zwei verschiedenen Materialien mit jeweils unterschiedlichen Schaltzeiten her. Ein Material (aluminiumdotiertes Zinkoxid) hat Schaltzeiten im Pikosekundenbereich; das andere (plasmonisches Titannitrid) hat Schaltzeiten im Nanosekundenbereich, also mehr als 100-mal länger.
Die Forscher sagten, dass es bei der Verwendung optischer Komponenten anstelle elektronischer Schaltkreise keine Widerstands-Kapazitäts-Verzögerung gebe. Das bedeutet, dass sie diese Chips theoretisch 1.000-mal schneller betreiben können als herkömmliche Computerchips.
Laut den Forschern bedeutet der Unterschied in den Schaltzeiten zwischen den Materialien, dass der Schalter flexibler sein kann und Daten schnell überträgt und gleichzeitig effizient speichert. Aufgrund der bimetallischen Beschaffenheit des Schalters kann er je nach verwendeter Lichtwellenlänge auf vielfältige Weise eingesetzt werden. In der experimentellen Konfiguration wirkt das Schaltmaterial abhängig von der Betriebswellenlänge so, dass es Licht absorbiert oder reflektiert. Wenn sie durch einen Strahl aktiviert werden, wechseln sie den Zustand.
Die Steuerung der Geschwindigkeit rein optischer Schalter ist entscheidend für die Optimierung ihrer Leistung in verschiedenen Anwendungen. Diese Erkenntnisse wecken Hoffnung auf die Entwicklung hochgradig anpassungsfähiger und effizienter Schalter für den Einsatz in Bereichen wie der verbesserten Glasfaserkommunikation, der optischen Datenverarbeitung und der Ultrahochgeschwindigkeits-Computertechnologie. Die Möglichkeit, die Schaltgeschwindigkeit anzupassen, bietet auch die Möglichkeit, die Lücke zwischen optischer und elektronischer Kommunikation weiter zu schließen und so eine schnellere und effizientere Datenübertragung zu ermöglichen. Diese Forschung liefert wertvolle Einblicke in das grundlegende Verständnis rein optischer Schalter und ebnet den Weg für die Entwicklung fortschrittlicher Computer- und Telekommunikationsgeräte.