February 4, 2011 /

Switching with light

Article in the yearbook of the "Baden-Württemberg Stiftung"

Schalten mit Licht

Baden-Württemberg Stiftung / Jahrbuch 2010

Während die Synthese aus Biologie und Nanotechnologie relativ neu ist, ist das Zusammenspiel der Nanoforschung mit der Photonik schon ein Klassiker. Die Photonik hat die Datenverarbeitung mit Licht zum Ziel, als Alternative zur heutigen Mikroelektronik, die infolge der Miniaturisierung zusehends an ihre Grenzen stößt. Photonische Computer, die allein mit Lichtsignalen arbeiten, sind aber noch Zukunftsmusik. Ein erster Schritt wären photonische Transistoren, in denen ein schwaches Lichtsignal ein starkes Lichtsignal steuert. Im Idealfall reicht ein Photon. Doch das ist schwierig, weil einzelne Lichtquanten kaum mit Materie wechselwirken.
Physiker der Universitäten Stuttgart und Konstanz sowie vom Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik in Freiburg wollen Nanoresonatoren bauen, die diese Interaktion verstärken. Dazu bauen sie künstliche Riesenatome, indem sie gezielt Fehlstellen in Diamant einbauen. Die Kristalle sind wenige Mikrometer groß, die Defekte müssen auf zehn Nanometer genau positioniert werden. Diese Defekte fungieren als Quantenpunkte, die Lichtinformationen magnetisch speichern können, ähnlich einer Computerfestplatte, nur viel empfindlicher und dichter. Um die Speicherzelle auszulesen, wird sie mit einem Laser bestrahlt. Im Gegensatz zur heutigen Mikroelektronik sind in Quantenpunkten nicht nur die Zustände „0“ und „1“ erlaubt, sondern gemäß den Gesetzen der Quantenphysik auch Zwischenzustände. Das würde die Informationsdichte um ein Vielfaches erhöhen. Vieles in der Photonik ist Grundlagenforschung, doch eine Anwendung des Projekts ist greifbar nah: Lichtquellen, die einzelne Photonen aussenden, sowie Transmitter, die solche Information empfangen und weiterleiten. Interessant ist das für die Übertragung sensibler Daten über Glasfasernetze, etwa zwischen Banken. Dank der Quantenphysik wären solche Verbindungen völlig abhörsicher. Jörg Wrachtrup, Professor an der Universität Stuttgart und Koordinator des Projekts: „Wenn unser Konzept funktioniert, wird ein interessanter Markt dafür entstehen.“

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