Photonischer Schalter für die Datenautobahn

Neuheit der University of Pennsylvania ist mit Länge von 85 Mikrometern groß wie ein Salzkorn

Versuchsaufbau für den Test des neuen photonischen Schalters (Foto: Bella Ciervo, upenn.edu)

Philadelphia (pte020/08.01.2025/12:30) - Forscher der University of Pennsylvania ( https://www.upenn.edu/ ) um Liang Feng haben einen neuen photonischen Schalter mit einer Kantenlänge von 85 Mikrometern entwickelt. Dieses salzkorngroße Bauelement basiert in seiner Funktion auf der nicht-hermiteschen Physik, einem Zweig der Quantenmechanik, der sich mit der Ausbreitung von Licht und dessen Kontrolle beschäftigt. Bisher waren Schalter dieser Art groß und in Sachen Datenverarbeitung eine Engstelle, die die Kapazität des gesamten Systems beschränkt.

Lichtfluss präzise und schnell

"Wir können mit dieser Herangehensweise das Material so abstimmen, dass das optische Signal zur richtigen Ausfahrt der Informationsautobahn geleitet wird", sagt Fengs Doktorand Xilin Feng. Die Physik, die hier zum Tragen kommt, ermöglicht es den Forschern, den Lichtfluss auf dem winzigen Chip präzise und schnell zu steuern. Das geschieht innerhalb von Billionstel Sekunden.

"Das ist etwa eine Mrd. Mal schneller als ein Wimpernschlag", sagt Shuang Wu, ebenfalls Doktorand von Feng. "Bisherige Schalter sind entweder klein oder schnell, weil es sehr, sehr schwierig ist, diese beiden Eigenschaften miteinander zu verbinden." Mit ihrem neuen Ansatz haben die Wissenschaftler diesen Widerspruch nun eigenen Angaben nach aufgelöst.

Silizium für Massenproduktion

Der neue Schalter besteht teilweise aus Silizium, dem kostengünstigen und weitverbreiteten Industriestandardmaterial. "Nicht-hermitesche Schaltungen wurden noch nie in einer Silizium-Photonik-Plattform demonstriert", sagt Wu. Theoretisch werde die Integration von Silizium in den Schalter die Skalierung des Geräts für die Massenproduktion erleichtern.

Silizium ist eine Schlüsselkomponente in den meisten Technologien, von Computern bis hin zu Smartphones. Durch die Herstellung des Geräts aus Silizium ist es laut den Experten kompatibel mit bestehenden Silizium-Photonik-Fertigungsstätten, die fortschrittliche Chips für Geräte wie Grafikprozessoren herstellen. "Unser Schalter hat das Potenzial, alles zu beschleunigen - vom Streaming von Filmen bis hin zum Training von KI", meint Liang Feng abschließend.

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