Berechnungen mit Licht- geschwindigkeit

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Berechnungen mit Lichtgeschwindigkeit
LUKAS WIDMER – JAGT PHOTONEN NACH
Wer von uns hat sich nicht auch schon darüber aufgeregt, dass eine MATLAB- oder PythonBerechnung ewig dauert? Könnte dies schon bald der Vergangenheit angehören?
Optisches Berechnen benutzt, wie der Name
Damit optisches Berechnen überhaupt
bereits andeutet, Photonen für die Informations-
möglich ist, werden selbstverständlich optische
übertragung. Grosser Vorteil davon: In einem
Transistoren benötigt, welche je nach einge-
optischen Medium sind diese bedeutend viel
hendem Licht einen anderen optischen Output
schneller als Elektronen in einem Schaltkreis!
emittieren. Dafür werden Materialien mit nicht-
Somit liesse sich die Schaltfrequenz von Tran-
linearem Brechungsindex benötigt. Glückli-
sistoren deutlich erhöhen. Ausserdem müssten
cherweise existieren tatsächlich Materialien, bei
die Daten, die über Glasfaserkabel übertragen
welchen die Intensität des eintreffenden Lichts
werden, im Rechner nicht mehr in ein elektro-
jene des Ausgehenden beeinflusst. Damit die
ausgehende Lichtintensi-
nisches Signal umgewandelt
werden – ein Prozess, der das
System lediglich ausbremst.
Jedoch kommt es hier noch
darauf an, über welche Distanz
übertragen wird, denn das sogenannte Schrotrauschen des
Die Forschung
befasst sich damit,
einzelne Teile des
Computers mit
optischen zu ersetzen.
tät auch stärker sein kann
als die Eingehende, muss
in jedem Transistor eine
weitere Lichtquelle verbaut sein, die Photonen
emittieren kann.
Die Forschung befasst
optischen Kanals ist stärker
als das Wärmerauschen des elektrischen Ka-
sich derzeit vor allem damit, Teile des Compu-
nals. Um trotzdem die gleiche Datenkapazität
ters, also einzelne Komponenten, mit optischen
zu erreichen, muss mehr Energie aufgewendet
zu ersetzen. Momentan sind dies insbeson-
werden. Dies ist aber für längere Distanzen und
dere Teile des Prozessors. Dies führt dann zu
höhere Datenraten nicht mehr relevant.
einem
sogenannten
optisch-elektronischen
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Hybriden. Der Nachteil eines solchen Hybriden
Der meistgennannte Kritikpunkt von opti-
ist, dass innerhalb des Prozessors Elektronen
schen Computern ist allerdings, dass diese nicht
immer mal wieder zu Photonen umgewandelt
konkurrenzfähig sind. Denn in Sachen Kosten
werden müssen (mit Lasern oder Dioden) und
sind diese im Moment kaum zu übertreffen.
umgekehrt. Diese Konvertierungen benötigen nicht nur
sehr viel Energie, sondern
sie verlangsamen auch den
Übertragungsprozess. Dieses
Problem hätten rein optische
Computer natürlich nicht. Ein
Man erwartet, dass,
Vielleicht wird das
nächste Smartphone
eine Akkulaufzeit
von einer Woche statt
einem Tag haben.
Beispiel für eine rein optische
falls sich der Markt
nicht komplett verändert,
optische
Rechner eher in
Nischen
benutzt
werden. Die Hoffnung ist nun, dass
Komponente sind auch optische Korrelations-
gerade durch den Einsatz in diesen Nischen die
messer, welche zwei Signale durch die Nutzung
Kosten für optische Computer sinken werden.
der Fourier Transform Eigenschaften der Linsen
Des Weiteren könnte der theoretisch tiefere
miteinander vergleichen. Heutzutage werden
Energieverbrauch gerade für mobile Geräteher-
diese Korrelationsmesser bereits für Zielerfas-
steller interessant sein, denn dies würde nicht
sung und Identifikation verwendet.
nur zu einer längeren Lebensdauer des Akkus,
sondern auch zu weniger Abwärme führen.
Ein weiteres, naheliegendes Einsatzgebiet
von optischen Berechnungen wäre natürlich
Zusammenfassend lässt sich also sagen,
das Routing in Netzwerken. Derzeit werden die
dass die Zeit für die eigenen Berechnungen in
Photonen, die per Glasfaserkabel in die Routing-
naher Zukunft wohl weiterhin von der Effizienz
Zentren gelangen, erst wieder in Elektronen
der Programmierung abhängt. Jedoch könnten
umgewandelt, nur um sie am anderen Ende
gerade Supercomputer davon profitieren und
(und nach etlichen Berechnungen) wieder als
vielleicht wird das nächste Smartphone eher
Photonen ins Glasfasernetz zu speisen. Wenn es
wieder eine Laufzeit von einer Woche statt nur
etwas gibt, das die Menschheit bewegt, dann ist
von einem Tag haben.
es ein schneckenlahmes Internet. Was gäbe es
p
also Besseres um das optische Computing anzupreisen, als die Möglichkeit, die Routing- und
Switchzeiten auf einen Bruchteil zu reduzieren?
Links
• ​https://en.wikipedia.org/wiki/Optical_computing
• ​https://en.wikipedia.org/wiki/Optical_transistor
• ​http://phys.org/news/2015-05-team-bigfaster.html
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