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Photonik: Neues, rein optisches Speicherelement könnte das Internet beschleunigen

Optisches RAM

Um möglichst schnell von Computer zu Computer zu gelangen, legen Datenpakete im Internet große Strecken via Glasfaserkabel zurück. Am Ende jedes Kabelabschnitts verläuft ihre Verarbeitung allerdings nach wie vor konventionell elektrisch: ein Engpass, der die Gesamtgeschwindigkeit herabsetzt. Seit Jahren feilen Wissenschaftler daher an optischen Bauteilen, die eine Konvertierung von Lichtsignal in Elektrizität und wieder zurück überflüssig machen.

Optisches RAM | Schnitt durch das rein optische Speicherelement (Random-Access-Memory, RAM). Erkennbar ist im Vordergrund der angeschnittene Streifen aus InGaAsP. Zu beiden Seiten erstrecken sich eingeätzte Löcher, die unerwünschte Wellenlängen blockieren.

Ein entscheidender Schritt vorwärts könnte nun Forschern der japanischen Telekommunikationsfirma NTT gelungen sein. Sie haben ein Speicherelement entwickelt, in das allein mit Hilfe von Licht einzelne Bits geschrieben, gespeichert und schließlich wieder ausgelesen werden können.

Ähnliches ist zwar schon früher gelungen, die jeweiligen Bauteile seien aber nicht alltagstauglich gewesen, erklären die Forscher um Masaya Notomi. So hatten frühere Systeme eine maximale Speicherdauer im Bereich von Nanosekunden, ihres hingegen könne die Daten bis zu zehn Sekunden bewahren. Das könnte bereits für die schnellen Verarbeitungsschritte genügen, die bei der Übertragung von Lichtsignalen anfallen.

Ältere Ansätze benötigten überdies rund 100-mal mehr Energie. Notomi und Mitarbeiter hoffen, ihre optischen Speicher bei brauchbarer Kapazität mit einer Leistung im Milliwattbereich betreiben zu können.

Das Speicherelement selbst besteht aus einer dünnen Scheibe Indiumphosphid, in die sie einen vier Mikrometer langen und 300 Nanometer breiten Streifen aus Indiumgalliumarsenidphosphid (InGaAsP) einbetteten – beide Materialien sind in der Photonik verbreitete Halbleiter. Der eingebettete Streifen ist der eigentliche Ort der Speicherung: Seine Lichtdurchlässigkeit lässt sich durch eingestrahltes Laserlicht verändern und so zwischen durchlässig ("1") und undurchlässig schalten ("0"). Ein zweiter Laser hält unterdessen die Veränderung innerhalb des Streifens aufrecht und verlängert deren Lebensdauer.

Notomi und Kollegen ist es bereits gelungen, vier dieser Elemente auf einem Chip zu integrieren, allerdings ohne Laser und Lichtdetektoren. Diese sollen erst in zukünftigen Modellen auf dem Chip Platz finden.

Eines Tages könnte eine derartige Technologie auch in Computern selbst verbaut werden, die dann ausschließlich mit Licht statt mit elektrischem Strom arbeiten. Sie hätten unter anderem einen theoretischen Geschwindigkeitsvorteil. In diesem Fall müssten die gespeicherten Bits jedoch deutlich länger als zehn Sekunden erhalten bleiben – wie das gelingen könnte, ist derzeit noch völlig offen.

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