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Wuppertaler Forscherteam an Entwicklung eines ultraschnellen rein optischen Schalters beteiligt

Das langfristige Ziel: Die Entwicklung photonischer – also durch Licht statt Elektronik betriebener – Geräte, die sich sowohl durch ihre Geschwindigkeit als auch durch ihre Energieeffizienz auszeichnen. Daran arbeitet die Arbeitsgruppe Makromolekulare Chemie der Bergischen Universität Wuppertal um Prof. Dr. Ullrich Scherf gemeinsam mit Kooperationspartner*innen vom IBM Research Lab Zürich und dem Skolkovo Institute of Science and Technology (Skoltech) nahe Moskau. Die neuesten Ergebnisse der Zusammenarbeit wurden nun in der aktuellen Ausgabe des renommierten Fachjournals Nature veröffentlicht.

Das internationale Team von Wissenschaftler*innen hat gemeinsam einen hocheffizienten, ultraschnellen rein optischen Schalter entwickelt. „Der Schalter könnte uns in Zukunft in die Lage versetzen, Geräte zu entwickeln, die mit Licht und nicht mit Elektronik betrieben werden. Solche photonischen Geräte zeichnen sich sowohl durch ihre Geschwindigkeit als auch durch ihre Energieeffizienz aus“, heißt es vom IBM Research Lab in Zürich. Die Ergebnisse leisteten damit außerdem einen Beitrag zum neu entstehenden Bereich der optischen Quantenkommunikation, beispielsweise um Quantencomputer miteinander zu verbinden, indem sie Daten über optische Signale übertragen, so die Wissenschaftler*innen weiter. Der entwickelte Schalter kann bei minimalem Stromverbrach in schneller als einer Pikosekunde – also in einem Billionstel einer Sekunde – zwischen den Zuständen „0“ und „1“ wechseln und macht damit eine Billion Schaltvorgänge pro Sekunde möglich. Das sei mehr als eine hundertfache Beschleunigung im Vergleich zu den schnellsten kommerziellen Schaltungen in heutigen Computern, so die Wissenschaftler*innen.

Prof. Scherf und sein Team forschen an der Uni Wuppertal im Bereich der Materialwissenschaften und der Chemie von Funktionspolymeren – also chemischen Verbindungen, die aus vielen identischen, zu einer Kette aufgereihten Struktureinheiten bestehen. „Unser Part in diesem Projekt ist die Bereitstellung der maßgeschneiderten, polymeren Halbleitermaterialien. Wir stehen also ganz am Anfang der Verwertungskette, aber die zuverlässige Herstellung hochwertiger Materialien von gleichbleibender Qualität ist nicht ganz unwesentlich“, erklärt Prof. Scherf. „Für solche Kooperationen ist insbesondere eine Kontinuität der Zusammenarbeit unerlässlich, das heißt auch ein ‚langer Atem‘ in der gemeinsamen Forschung, neben einer engen persönlichen Interaktion der Beteiligten, und das unabhängig von kurzfristigen Projekt-Förderungen über meist nur drei bis fünf Jahre.“

Nature-Artikel: https://www.nature.com/articles/s41586-021-03866-9
Zugehöriger News&Views-Artikel: https://www.nature.com/articles/d41586-021-02489-4
IBM-Blog: https://research.ibm.com/blog/single-photon-switching

Kontakt
Prof. Dr. Ullrich Scherf
Fakultät für Mathematik und Naturwissenschaften, Makromolekulare Chemie (BUWMakro)
Wuppertal Institute for Smart Materials and Systemns (CM@S)
Telefon 0202/439-3871
EMail scherf{at}uni-wuppertal.de