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Keyword: Photonik

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Johannes Feldmann und Wolfram Pernice
07 / 2020 Seite 36
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Phase wechsel dich

Herkömmliche Computerarchitekturen stoßen immer häufiger an ihre Grenzen, wenn sie wachsende Datenfluten verarbeiten sollen. Um mit der rasanten Entwicklung des Informationszeitalters Schritt zu halten, bedarf es neuer Technologien, wie der integrierten Photonik mit Phasenwechselmaterialien. Diese optische Plattform ermöglicht Architekturen, die Daten parallel und nahezu in Lichtgeschwindigkeit effizient verarbeiten.

Die Digitalisierung geht mit der Analyse exponentiell zunehmender Datenmengen einher. Beispiele sind kognitive Aufgaben wie die Sprach- und Mustererkennung, aber auch die Bildverarbeitung von Videodaten für autonomes Fahren oder das Angebot von Livestreaming-Diensten. Die Miniaturisierung elektrischer Schaltkreise kann dem Bedarf an immer schnelleren und effizienteren Methoden der Datenverarbeitung nicht mehr folgen. Auch der steigende Energiebedarf herkömmlicher Rechnerarchitekturen sorgt insbesondere bei Künstlicher Intelligenz und maschinellem Lernen für Probleme. Die heutigen Von-Neumann-Architekturen sind dem menschlichen Gehirn in präziser Arithmetik deutlich überlegen, lösen kognitive Aufgaben aber wesentlich schlechter. Daher liegt es nahe, mit der Natur als Vorbild die Funktion unseres Gehirns mit spezifischer Hardware nachzubilden.
Analog zu den integrierten Schaltkreisen der Elektronik bietet die integrierte Photonik eine robuste und skalierbare Plattform, um komplexe optische Schaltkreise zu entwerfen und zu konstruieren. Die Bestandteile optischer Aufbauten – beispielsweise Filter, Modulatoren und Detektoren – lassen sich mithilfe herkömmlicher Lithographieverfahren in Miniaturform auf Halbleiterchips herstellen. Optische Wellenleiter führen das Licht und bieten eine stabile und reproduzierbare Umgebung für seine gezielte Manipulation. So ist es möglich, Information in der Phase oder der Amplitude des Lichts zu speichern und auszulesen.
Die Telekommunikation nutzt die integrierte Photonik schon seit langem bei der Konversion elektrischer Signale, um Daten in schnellen Glasfasernetzen mittels integrierter Laser und Modulatoren zu übertragen. (...)

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