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Photonische Computer Lichtsignale mit einzelnen Photonen kontrollieren

Autor / Redakteur: Peter Hergersberg* / Dr. Anna-Lena Gutberlet

Über ein einzelnes Molekül lässt sich ein Lichtstrahl mit wenigen Photonen steuern – ein Schritt hin zum photonischen Computer.

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Ein Mediator zwischen Lichtteilchen: Ein organisches Molekül vermittelt die Wechselwirkung zwischen einem Kontroll- und einem Probstrahl, die durch das magentafarbene beziehungsweise grüne Kügelchen im Vordergrund angedeutet sind. Dabei verändert sich die Energie der beiden Lichtstrahlen, wenn sie das Molekül verlassen. Das ist in dieser Illustration symbolisch durch das gelbe und das blaue Kügelchen dargestellt.
Ein Mediator zwischen Lichtteilchen: Ein organisches Molekül vermittelt die Wechselwirkung zwischen einem Kontroll- und einem Probstrahl, die durch das magentafarbene beziehungsweise grüne Kügelchen im Vordergrund angedeutet sind. Dabei verändert sich die Energie der beiden Lichtstrahlen, wenn sie das Molekül verlassen. Das ist in dieser Illustration symbolisch durch das gelbe und das blaue Kügelchen dargestellt.
(Bild: Ella Maru Studio)

Die Jediritter der Star Wars-Saga führen einen unmöglichen Kampf. Das liegt nicht an der Überlegenheit des feindlichen Imperiums, sondern an der Physik. Denn mit Laserschwertern lässt sich nicht kämpfen wie mit metallenen Klingen: Lichtstrahlen spüren sich gegenseitig nicht. Damit ein Lichtstrahl einen anderen wahrnimmt, braucht es bislang ein größeres optisches Bauteil als Vermittler und sehr intensives Licht.

Einem Team des Max-Planck-Instituts für die Physik des Lichts ist dieser Vermittlungsprozess nun erstmals mit einem einzigen organischen Molekül und nur einer Handvoll Photonen gelungen. Mit diesen Lichtteilchen beeinflussen und schalten die Forscher einen anderen Lichtstrahl. Das grundlegende Experiment könnte nicht nur Eingang in physikalischen Lehrbüchern finden, sondern auch helfen, nanooptische Transistoren für einen photonischen Computer zu entwickeln.

Derzeit sieht die Computer-Industrie einer ungewissen Zukunft entgegen. Denn Halbleiter-Bauteile wie etwa Transistoren lassen sich nicht beliebig verkleinern und mit schnelleren Taktfrequenzen versehen. Eine Möglichkeit, trotzdem kompaktere und leistungsfähigere Rechner zu entwickeln, könnte sich ergeben, wenn Information in Form von Photonen statt Elektronen verarbeitet wird. Das ist ein großes Ziel der Photonik.

Beim Versuch rein optische Transistoren zu entwickeln, gibt es jedoch ein fundamentales Problem: "Licht lässt sich nicht ohne weiteres mit Licht schalten, so wie in einem herkömmlichen Transistor elektrischer Strom mit Strom geschaltet wird", erklärt Vahid Sandoghdar, Direktor der Abteilung Nanooptik am Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts und Alexander von Humboldt-Professor der Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg. Wie scheu Lichtteilchen sind, wird schon offensichtlich, wenn man die Strahlen zweier Taschenlampen oder auch zweier Laser kreuzt. Dann passiert nämlich: nichts. "Es bedarf eines Mediums, das die Licht-Licht-Wechselwirkung vermittelt."

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