Neues „Horizon 2020“ Projekt gestartet

18. Dezember 2020

Forscher der Abteilung Physikalische Chemie des Fritz-Haber-Instituts haben gemeinsam mit anderen europäischen Forschungseinrichtungen und Unternehmen das Forschungskonsortium OPTOlogic gegründet, das optische topologische Berechnungen als Mittel zur Reduzierung des Energieverbrauchs elektronischer Schaltungen entwickeln will. Die EU finanziert das Projekt mit knapp 4 Millionen Euro.

Etwa 10% der weltweiten Stromproduktion wird für den Betrieb von Informations- und Kommunikationstechnologien verwendet, die für Datennetze, Rechenzentren und persönliche digitale Geräte eingesetzt werden. Dieser Bereich wird in Zukunft einen noch größeren Anteil einnehmen, sodass es wichtig ist, Wege zu finden, den Energieaufwand so niedrig wie möglich zu halten. Die EU hat vor kurzem das Projekt OPTOlogic finanziert, das genau das zum Ziel hat: eine Rechenarchitektur zu entwickeln, die diese logischen Operationen energieeffizient macht und dabei die lichtinduzierten und kontrollierten topologischen Eigenschaften von Materialien nutzt.

Topologie ist ein mathematisches Konzept zur Beschreibung der Form von geometrischen Objekten. Das Konzept hat sich auch als äußerst nützlich zur Beschreibung exotischer elektronischer Eigenschaften von Festkörpern erwiesen, eine Erkenntnis, die mit dem Nobelpreis für Physik im Jahr 2016 ausgezeichnet wurde. Elektronen in topologisch geschützten elektronischen Zuständen eines Materials können sich mit minimalem Energieverlust bewegen, was die Realisierung von dissipationsfreien Quantengeräten ermöglicht. Um topologisch geschützte Zustände künstlich zu induzieren und zu kontrollieren, wird das EU-Projekt räumlich und zeitlich strukturierte ultraschnelle Lichtpulse verwenden. Diese neuartigen Quantengeräte werden minimale Energie zum Bewegen und Speichern von Informationen benötigen und gleichzeitig die Rechenleistung erhöhen. Durch die Steigerung der Energieeffizienz und der Geschwindigkeit logischer Operationen könnte das Projekt einen bedeutenden wirtschaftlichen, ökologischen und sozialen Einfluss haben.

Das von Prof. Jens Biegert koordinierte OPTOlogic-Konsortium besteht aus Forscher*innen des Instituts für Photonische Wissenschaften (ICFO) bei Barcelona, des Fritz-Haber-Instituts der Max-Planck-Gesellschaft und des Max-Born-Instituts in Berlin, der französischen Kommission für alternative Energien und Atomenergie (CEA) in Saclay sowie der Firma LightOn und vereint damit weltweit führende experimentelle, theoretische und industrielle Expertise in den Bereichen Physik der kondensierten Materie, ultraschnelle Spektroskopie, Attowissenschaft, Quantenoptik- und Rechnen, maschinelles Lernen und künstliche Intelligenz.

Ziel des Konsortiums ist es, eine neue technologische Plattform durch Kombination neuer Konzepte zu realisieren: Topologie zur Vermeidung von Energieverlusten beim elektronischen Transport, Lichtwellen-Elektronik zur Nutzung lichtinduzierter Materialeigenschaften, und Quantenmaterialien zur Realisierung neuartiger Informationsspeicherung und -verarbeitung. Elementare Bausteine für die Entwicklung dieser innovativen Quantentechnologie sind topologische Qubits. Außerdem ist es ein Ziel des Konsortiums, Quantenlogik-Operationen zu demonstrieren, die die Beschränkungen, die durch einfache binäre Operationen auferlegt werden, überwinden. Das Projekt wird die neueste Technologie in den Bereichen ultraschnelle Techniken und Attowissenschaft, Nanotechnologie und Quantenrechnen nutzen, um diese neue Plattform zu entwickeln.

Dieses Projekt wurde mit Mitteln aus dem Forschungs- und Innovationsprogramm „Horizon 2020“ der Europäischen Union unter der Fördervereinbarung Nr. 899794 gefördert.

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