Die ETH Zürich auf dem Weg zum optischen Transistor
Forscher der ETH Zürich sind dem Bau eines optischen Transistors einen grossen Schritt näher gekommen. Sie haben einen Nanoschalter entwickelt, der Licht mit Licht steuert. Optische Transistoren sind beispielsweise für Zukunftstechniken wie die Quantenkommunikation erforderlich.
Transistoren sind die zentralen Bauteile der Informations- und Kommunikationstechnik. Sie steuern den Fluss von Elektronen in jeder Art von logischen Schaltungen. An der ETH Zürich wird seit Längerem an einem optischen Transistor geforscht. Er soll dieselben Funktionen wie ein konventioneller (elektronischer) Transistor erfüllen, allerdings eben auf der Basis von Licht statt Elektronen. Nun ist den Forschern um Professor Atac Imamoglu ein wichtiger Schritt auf dem Weg zu einem solchen Transistor gelungen. Sie konnten als Erste einen ultraschnellen optischen Schalter auf Halbleiterbasis herstellen, der sich mit einzelnen Photonen steuern lässt, wie ETH life berichtet.
Selektives Nano-Bauteil
Die Abmessungen des Schalters der ETH-Forscher liegen im Nanometerbereich. Aufgebaut ist er aus zwei Komponenten, einem sogenannten Quantenpunkt und einem «Lichtkäfig» (einem photonischen Kristallresonator), in den der Quantenpunkt eingebettet ist. Im Grundzustand lässt er beispielsweise ein rotes Photon ohne weitere Wechselwirkung passieren. Schickt man hingegen zuerst ein blaues Photon zum Schalter, erzeugt es für kurze Zeit ein elektrisches Feld, das die quantenphysikalischen Eigenschaften des Schalters verändert. Trifft nun ein rotes Photon auf den Schalter, wird es reflektiert. Mit einem blauen Photon kann also «geschaltet» werden, ob ein rotes Photon das System durchdringt oder vom System reflektiert wird. Mit dieser Anordnung sind sehr schnelle Schaltvorgänge möglich – die Forscher geben 50 Picosekunden an. Damit ist der Schalter derzeit der schnellste, der von einem einzigen Photon geschaltet werden kann.
Mit dem optischen Nanoschalter haben die ETH-Forscher die technische Grundlage für einen optischen Transistor entwickelt, wie er künftig etwa für die Quantenkommunikation benötigt würde, schreibt ETH life weiter. Damit aus dem Schalter aber ein Transistor wird, muss ein Photon mehrere andere Photonen schalten können. Doch für diese sogenannte Verstärkerfunktion steht der experimentelle Beweis noch aus. Die ETH-Forscher glauben aber anhand von Berechnungen, dass ihr Schalter grundsätzlich in der Lage sein sollte, mehrere Photonen zu schalten.
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