Der Physiker der schnellen Impulse

Gerald Nill
Prof. Dr. Manfred Bayer in einem Laserlabor für experimentelle Physik an der TU Dortmund
Prof. Dr. Manfred Bayer in einem Laserlabor für experimentelle Physik an der TU Dortmund
Foto: Knut Vahlensieck
Komplexe Aufgaben, an denen heutige Computer noch ein ganzes Menschenleben rechnen würden, sollen künftig in Minutenschnelle gelöst werden.

Dortmund. Wie die Entwicklung von Fernsehgeräten ein halbes Jahrhundert gedauert hat, so könnte sich auch die Entwicklung solcher Computer über 50 Jahre oder noch länger hinziehen. Physiker Prof. Manfred Bayer mit seinen Forschungen an Halbleitern mit Laserlicht arbeitet an grundlegenden Komponenten, die bei der Herstellung solcher superschneller Computer eine Anwendung finden könnten.

Ein unscheinbarer Gang in der Physik der TU Dortmund, eine Tür zu einem Labor, zwei Wissenschaftler, einer aus Kanada, einer aus Moskau, ein völlig abgewetzter Bürostuhl, Laserlicht in Grün und Blau. „So ein Labor ist auf der Welt einzigartig“, sagt Prof. Bayer völlig ohne Pathos. Er bezieht es vielmehr auf die vier dort installierten Lasersysteme.

Starke Magnetfelder im Kühlschrank

Bei der Beschreibung des Lasers ist das menschliche Vorstellungsvermögen schnell überfordert. Der Lichtimpuls, der von dem Titan-Saphir-Laser ausgesendet wird, dauert eine Billionstel Sekunde. Die Energie, die das Wunderwerk der Technik in diesem Sekundenbruchteil emittiert, übersteige die Energie, die ein Kernkraftwerk in derselben Zeit produziert. Nur so zum Vergleich, beschreibt Bayer.

Insgesamt sendet der Laser 76 Millionen solcher Lichtimpulse pro Sekunde aus. Mehr als zehn Laserlabore betreibt die Experimentelle Physik der TU Dortmund. Eine weitere Besonderheit: Ein „Kühlschrank“, der kleine Proben auf minus 270 Grad herunterkühlt. Nebenbei herrscht darin ein Magnetfeld, das eine Million Mal stärker ist als das der Erde. Man muss nicht alles verstehen. Schon die Vergleiche beeindrucken.

Quantenmechanische Zustände sollen vermessen werden

„Im Zentrum steht eine Probe, die wir mit komplexen Folgen von Laserpulsen beschießen“, erläutert Bayer den Versuch. Die Probe, das ist ein Halbleiter aus Gallium-Arsenid. Laserstrahlen mit Zeitabständen von weniger als einer Millionstel Sekunde sollen quantenmechanische Zustände erzeugen, verändern und dann vermessen.

„Quanten-Zustände sind extrem empfindlich“, erläutert der Wissenschaftler. „Da hat man nicht viel Zeit, eine Rechenoperation während ihrer Lebensdauer durchzuführen“, spielt der Forscher auf die mögliche Anwendung im Computer der Zukunft an. Dass die Dortmunder Experimentelle Physik mit ihren Forschungen aber nicht ganz falsch liegen kann, zeigen die weltweiten Kooperationen.

Ein Rechner, der gleichzeitig statt schrittweise arbeitet

Die Quantenphysik könne den klassischen Computer mit seinem digitalen Grundmuster ja-nein revolutionieren. Die Physiker generieren hierfür Zustände „ein bisschen ja, ein bisschen nein“. Der Laie ist da schnell überfordert. Selbst der Experte versichert, erst am Anfang zu stehen. Grundlagenforschung eben.

Denkbar wäre, dass die Quanten-Bits einmal Rechenprozesse, die heute noch in Serie geschaltet durchgeführt werden, zeitgleich schaffen, weil die Quanten-Bits alle miteinander gekoppelt, im Fachjargon „verschränkt“ und damit schaltbar seien. „Dadurch entsteht ein Parallelrechner, der unerreicht schnell ist“, blickt Bayer in die Zukunft. Doch so weit ist man noch lange nicht.