Licht einfangen und speichern zu wollen: das klingt wie ein Schildbürgerstreich. Als nämlich die Einwohner von Schilda ein neues Rathaus bauten, vergaßen sie - wie dumm - die Fenster. Und als sie dann, um die dunklen Räume ein wenig zu erhellen, Sonnenlicht mit Eimern einfangen und ins Innere tragen wollten, ging das gründlich daneben, natürlich. Denn Licht besitzt nun mal die Eigenheit, stets mit Lichtgeschwindigkeit durch Raum und Zeit zu eilen. Genau deshalb lässt es sich nicht einfach speichern wie Wasser oder Luft.
Doch nun scheinen es die Forscher den Schildbürgern nachmachen zu wollen: Mit allerlei Tricks versuchen sie, Licht einzufangen, aufzuhalten, zu verzögern - wenn auch nur für einen Wimpernschlag. Den neusten Anlauf unternimmt Yurii Vlasov, Physiker am IBM-Forschungszentrum in Yorktown Heights im US-Bundesstaat New York. Ausgangspunkt für seine Lichtfalle ist ein feiner Draht aus Silizium, rund 100 Mal dünner als ein menschliches Haar. Wie eine Glasfaser kann er Licht transportieren, Infrarotlicht.
" Wenn wir diesen Draht biegen und daraus einen Ring formen, kann das Licht in diesem Ring im Kreis herumlaufen - und zwar bis zu 100 Runden. Wir erreichen also eine Verzögerung, indem wir das Licht im Kreis laufen lassen. "
Es ist ähnlich wie beim Biathlon: Hat der Sportler beim Schießen einige Scheiben verfehlt, muss er ein paar Strafrunden drehen und handelt sich eine saftige Verspätung ein. Genauso zwingen die IBM-Forscher ihrem Lichtstahl rund 60 Extrarunden in dem Siliziumring auf und erreichen damit eine Verzögerung. Der Ring hat übrigens einen Umfang von nur 55 Mikrometern, sieht aus wie eine winzige Stadionbahn und sitzt auf der Oberfläche eines Chips. Aber: Die Zeit, die das Licht in dem Ring vertrödelt, reicht Vlasov und seinen Leuten noch nicht. Deshalb greifen sie zu einem weiteren Trick.
" Um die Verzögerung noch weiter zu treiben, schalten wir mehrere dieser Ringe hintereinander. In einem unserer Versuche haben wir 100 dieser Mikroringe miteinander verbunden. "
So lässt sich das Licht auf einer Fläche von nur 0.3 Quadratmillimetern immerhin eine Drittel Nanosekunde lang aufhalten. Doch wozu soll diese Lichtverlangsamung überhaupt gut sein? Vlasovs Antwort:
" Die Idee dahinter ist, schnellere Mikroprozessoren bauen zu können. Es geht heute gar nicht mehr nur darum, immer mehr Transistoren auf einem Chip unterzubringen. Nein - es wird zunehmend zum Problem, diese vielen Transistoren effizient miteinander zu verschalten. Genau das wird immer mehr zum Flaschenhals. Deshalb haben wir vor, die Verschaltung mit Licht zu machen statt wie heute mit Kupferdrähten. "
Licht könnte den Datenverkehr etwa zwischen zwei Prozessorkernen deutlich beschleunigen - so das Kalkül. Gelegentlich aber muss man eine Information, die von einem Kern zum anderen soll, ein kleines bisschen, ein paar Nanosekunden-Bruchteile, zurückhalten. Sonst nämlich droht der Empfänger aus dem Takt zu geraten. Noch aber ist das Ganze nicht einsatzreif. Der Grund:
" Wir müssen die Anzahl der zu speichernden Bits erhöhen, also die Menge der Information, die wie zwischenspeichern können. Bislang haben wir es geschafft, 10 Bit zu speichern. Für den Einsatz in einem Prozessor aber bräuchte man hunderte oder gar tausende Bits. Aber das scheint durchaus möglich. Es sieht so aus, als ob wir nicht nur hunderte von diesen Verzögerungsschleifen herstellen können, sondern viele tausend. "
Bleibt das Problem der Verluste: Ein Teil des Lichtsignals nämlich bleibt auf der Strecke, wenn es wieder und wieder durch die Verzögerungsschleifen läuft. Und wie sich diese Verluste im Rahmen halten lassen - das müssen die Physiker von IBM noch herausfinden.
Doch nun scheinen es die Forscher den Schildbürgern nachmachen zu wollen: Mit allerlei Tricks versuchen sie, Licht einzufangen, aufzuhalten, zu verzögern - wenn auch nur für einen Wimpernschlag. Den neusten Anlauf unternimmt Yurii Vlasov, Physiker am IBM-Forschungszentrum in Yorktown Heights im US-Bundesstaat New York. Ausgangspunkt für seine Lichtfalle ist ein feiner Draht aus Silizium, rund 100 Mal dünner als ein menschliches Haar. Wie eine Glasfaser kann er Licht transportieren, Infrarotlicht.
" Wenn wir diesen Draht biegen und daraus einen Ring formen, kann das Licht in diesem Ring im Kreis herumlaufen - und zwar bis zu 100 Runden. Wir erreichen also eine Verzögerung, indem wir das Licht im Kreis laufen lassen. "
Es ist ähnlich wie beim Biathlon: Hat der Sportler beim Schießen einige Scheiben verfehlt, muss er ein paar Strafrunden drehen und handelt sich eine saftige Verspätung ein. Genauso zwingen die IBM-Forscher ihrem Lichtstahl rund 60 Extrarunden in dem Siliziumring auf und erreichen damit eine Verzögerung. Der Ring hat übrigens einen Umfang von nur 55 Mikrometern, sieht aus wie eine winzige Stadionbahn und sitzt auf der Oberfläche eines Chips. Aber: Die Zeit, die das Licht in dem Ring vertrödelt, reicht Vlasov und seinen Leuten noch nicht. Deshalb greifen sie zu einem weiteren Trick.
" Um die Verzögerung noch weiter zu treiben, schalten wir mehrere dieser Ringe hintereinander. In einem unserer Versuche haben wir 100 dieser Mikroringe miteinander verbunden. "
So lässt sich das Licht auf einer Fläche von nur 0.3 Quadratmillimetern immerhin eine Drittel Nanosekunde lang aufhalten. Doch wozu soll diese Lichtverlangsamung überhaupt gut sein? Vlasovs Antwort:
" Die Idee dahinter ist, schnellere Mikroprozessoren bauen zu können. Es geht heute gar nicht mehr nur darum, immer mehr Transistoren auf einem Chip unterzubringen. Nein - es wird zunehmend zum Problem, diese vielen Transistoren effizient miteinander zu verschalten. Genau das wird immer mehr zum Flaschenhals. Deshalb haben wir vor, die Verschaltung mit Licht zu machen statt wie heute mit Kupferdrähten. "
Licht könnte den Datenverkehr etwa zwischen zwei Prozessorkernen deutlich beschleunigen - so das Kalkül. Gelegentlich aber muss man eine Information, die von einem Kern zum anderen soll, ein kleines bisschen, ein paar Nanosekunden-Bruchteile, zurückhalten. Sonst nämlich droht der Empfänger aus dem Takt zu geraten. Noch aber ist das Ganze nicht einsatzreif. Der Grund:
" Wir müssen die Anzahl der zu speichernden Bits erhöhen, also die Menge der Information, die wie zwischenspeichern können. Bislang haben wir es geschafft, 10 Bit zu speichern. Für den Einsatz in einem Prozessor aber bräuchte man hunderte oder gar tausende Bits. Aber das scheint durchaus möglich. Es sieht so aus, als ob wir nicht nur hunderte von diesen Verzögerungsschleifen herstellen können, sondern viele tausend. "
Bleibt das Problem der Verluste: Ein Teil des Lichtsignals nämlich bleibt auf der Strecke, wenn es wieder und wieder durch die Verzögerungsschleifen läuft. Und wie sich diese Verluste im Rahmen halten lassen - das müssen die Physiker von IBM noch herausfinden.