Forscher der Seoul National University und der University of Seoul haben einen programmierbaren photonischen integrierten Schaltkreis entwickelt, der Licht bei Bedarf verlangsamen kann. Ja, sie haben dem Licht die Fähigkeit gegeben, auf die Bremse zu treten – etwas, das sich viele von uns im Verkehr wünschen.

Das Team unter der Leitung der Professoren Namkyoo Park und Sunkyu Yu (Elektrotechnik und Informationstechnik, SNU) sowie Professor Xianji Piao (Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik, University of Seoul) veröffentlichte seine Arbeit in der Fachzeitschrift Advanced Science. Ihr Ziel: einen wachsenden Engpass in der Datenverarbeitung lösen.

Generative KI und groß angelegte Modelle haben Rechenleistung in rauen Mengen verschlungen, und herkömmliche elektronische Halbleiter schwitzen – sie verbrauchen tonnenweise Energie und stoßen an die Grenzen der Datenübertragungsgeschwindigkeit. Betreten Sie die optische Datenverarbeitung, die Licht statt Elektronen nutzt. Licht ist schnell und effizient, hat aber einen fatalen Fehler: Es weigert sich, langsamer zu werden. Man kann einem Photon nicht einfach sagen, es solle einen Moment warten, während man aufholt.

Hier kommt der neue Chip ins Spiel. Er nutzt ein Phänomen namens gekoppelte Resonator-induzierte Transparenz (CRIT), um die Geschwindigkeit und Form optischer Signale zu steuern. Traditionell sind CRIT-Geräte in ihren Gewohnheiten festgefahren – einmal hergestellt, tun sie für immer eine Sache. Eine längere Verzögerung oder eine andere Frequenz gewünscht? Pech gehabt, bestellen Sie einen neuen Chip. Diese Inflexibilität war ein großes Problem für KI-Server und Rechenzentren, die Echtzeitverarbeitung benötigen.

Das SNU-Team änderte das Spiel, indem es zwei optische Zustände – hellen Modus und dunklen Modus – als einen einzigen einstellbaren Parameter behandelte und zwei steuerbare Schleifenkoppler hinzufügte. Dies ermöglicht es, den Chip im laufenden Betrieb umzuprogrammieren. In Simulationen zeigten sie, dass sie Signale verzögern, die Bandbreite anpassen und sogar die Frequenz umwandeln konnten, ohne zusätzliche Komponenten. Und ja, es funktioniert unter realen Bedingungen wie Materialverlusten, thermischem Übersprechen und Fertigungsungenauigkeiten.

Wenn kommerzialisiert, könnte dieser einzelne Chip Signalsynchronisation, einstellbare Verzögerungsleitungen, optische Puffer und Frequenzumwandlung übernehmen – und dabei so flexibel sein wie ein softwaredefiniertes System. Das bedeutet kleinere, billigere und energieeffizientere Rechenzentren und KI-Server. Mögliche Anwendungen umfassen auch autonomes Fahren, die nächste Generation der Kommunikation und Quantentechnologien.

Professor Park sagte: „Diese Forschung ist bedeutend, weil sie ein neues Designprinzip vorschlägt, das es erlaubt, den Lichtfluss in photonischen integrierten Schaltkreisen nach Bedarf neu zu konfigurieren, was die Designflexibilität erheblich erhöht.“ Die Co-Erstautoren Dr. Seungkyun Park und Doktorand Beomjoon Chae fügten hinzu: „Wir haben erkannt, dass die Neuinterpretation konventioneller photonischer Resonatorphysik aus einer anderen Perspektive als Ausgangspunkt für die Entdeckung neuer Funktionalitäten dienen kann.“

So kann Licht endlich Geduld lernen. Wenn wir das nur auch für Internet-Ladezeiten könnten.