idw – Informationsdienst Wissenschaft

Nachrichten, Termine, Experten

Grafik: idw-Logo
1000. idw-Mitglied!
1000 Mitglieder
Medienpartner:
Wissenschaftsjahr


Teilen: 
02.11.2017 11:00

Forscher entwickeln optischen Miniatur-Abakus

Dr. Christina Heimken Presse- und Informationsstelle
Westfälische Wilhelms-Universität Münster

    Forscher um Prof. Dr. Wolfram Pernice vom Physikalischen Institut der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster haben einen Miniatur-Abakus entwickelt, der mit Lichtsignalen rechnet. Mit dem Bauteil haben sie einen Weg zur Entwicklung neuartiger Computer eingeschlagen, bei denen wie im menschlichen Gehirn die Recheneinheit und der Speicher in einem Element zusammengefasst sind.

    Ein Miniatur-"Rechenbrett", auf dem mit Lichtsignalen gerechnet werden kann, haben Wissenschaftler der Universitäten Münster, Exeter und Oxford entwickelt. Mit dem Bauteil haben sie einen Weg zur Entwicklung neuartiger Computer eingeschlagen, bei denen wie im menschlichen Gehirn die Recheneinheit und der Speicher in einem Element zusammengefasst sind – im Gegensatz zu herkömmlichen Rechnern, bei denen beides nach dem sogenannten Von-Neumann-Prinzip getrennt ist. Die Studie ist in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift "Nature Communications" veröffentlicht.

    "In dem Artikel beschreiben wir erstmals die Realisierung eines Abakus, der rein optisch funktioniert. Statt Holzperlen auf einer Stange zählt unser Abakus Lichtpulse und speichert sie in einem Phasenwechsel-Material, wie es auch für wiederbeschreibbare DVDs verwendet wird", erklärt Studienleiter Prof. Dr. Wolfram Pernice vom Physikalischen Institut der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster (WWU). Der optische Abakus ist auf einem Mikrochip implementiert und lässt sich einfach vervielfältigen. Die Forscher können ihn über integrierte Optiken beschreiben und auslesen und mit ihm alle Grundrechenarten durchführen. Bisher gelang es den Forschern, mit zweistelligen Zahlen zu rechnen. Da für jede Ziffernposition ein eigenes Rechenelement eingesetzt wird und der optische Abakus aus neun Rechenelementen besteht, kann er aber auch mit sehr viel größeren Zahlen arbeiten.

    Die Forscher verfolgen das langfristige Ziel, sogenannte neuromorphe Rechnerarchitekturen zu erschaffen – also Computer, die einem Gehirn nachempfunden sind. Ein wesentliches Merkmal ist die Aufhebung der Trennung zwischen Recheneinheit (Prozessor) und Datenspeicher. "Wir rechnen außerdem mit Licht statt mit Elektronen wie bei herkömmlichen Computern. Denn dadurch können wir viel schnellere Systeme entwickeln, die mit Wellenleitern vernetzt werden", sagt Mitautor Prof. Harish Bhaskaran von der Universität Oxford.

    Die Wissenschaftler benötigen dafür verschiedene Komponenten, unter anderem künstliche Nervenzellen und künstliche Synapsen, also "Schaltstellen" zwischen den Nervenzellen. Die künstlichen Synapsen realisierten die Forscher bereits vor Kurzem im Rahmen einer anderen Studie. "Wenn es uns gelingt, ein vollständiges Rechnersystem zu entwickeln, könnten wir große Datenmengen direkt verarbeiten – ohne den Umweg über elektronische Systeme", unterstreicht Prof. David Wright von der Universität Exeter.

    Aus Sicht der Wissenschaftler sind die Ergebnisse Erfolg versprechend. Bei der Arbeit handelt es sich jedoch um Grundlagenforschung. Ob und wann sie zur Anwendung kommt, ist noch nicht absehbar. Die Studie wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert.

    Originalpublikation:

    Feldmann J., Stegmaier M. et al. (2017): Calculating with light using a chip-scale all-optical abacus. Nature Communications 8, Article number: 1256 (2017) doi:10.1038/s41467-017-01506-3


    Weitere Informationen:

    https://www.uni-muenster.de/Physik.PI/Pernice/ AG Prof. Dr. Wolfram Pernice


    Merkmale dieser Pressemitteilung:
    Journalisten
    Informationstechnik, Physik / Astronomie
    überregional
    Forschungsergebnisse
    Deutsch


    Schematische Darstellung eines Chips mit Wellenleitern. Die Speicherelemente liegen jeweils auf den Kreuzungen. Der Abakus ist zur Veranschaulichung eingezeichnet.


    Zum Download

    x

    Hilfe

    Die Suche / Erweiterte Suche im idw-Archiv
    Verknüpfungen

    Sie können Suchbegriffe mit und, oder und / oder nicht verknüpfen, z. B. Philo nicht logie.

    Klammern

    Verknüpfungen können Sie mit Klammern voneinander trennen, z. B. (Philo nicht logie) oder (Psycho und logie).

    Wortgruppen

    Zusammenhängende Worte werden als Wortgruppe gesucht, wenn Sie sie in Anführungsstriche setzen, z. B. „Bundesrepublik Deutschland“.

    Auswahlkriterien

    Die Erweiterte Suche können Sie auch nutzen, ohne Suchbegriffe einzugeben. Sie orientiert sich dann an den Kriterien, die Sie ausgewählt haben (z. B. nach dem Land oder dem Sachgebiet).

    Haben Sie in einer Kategorie kein Kriterium ausgewählt, wird die gesamte Kategorie durchsucht (z.B. alle Sachgebiete oder alle Länder).