Vom Auto bis zu Quantentechnologien

Anwendungspotenzial für den neuen Schalter gibt es reichlich. So könnten etwa LIDAR-​Systeme («Light Detection and Ranging», deutsch: Lasergestützte Abstandsmessung) für selbstfahrende Autos, bei denen die Intensität und Ausbreitungsrichtung von Lichtstrahlen extrem schnell verändert werden muss, von den schnellen und kompakten Schaltern profitieren. Und auch die Mustererkennung, die für die Steuerung der Autos nötig ist, kann mit solchen Schaltern schneller gemacht werden.

Dazu könnte man die Schalter in optischen neuronalen Netzwerken einsetzen, die die dem menschlichen Gehirn nachempfunden sind. Dort würden sie dann als Gewichtungselemente genutzt, mit denen das Netzwerk «lernt», bestimmte Objekte zu erkennen – und das praktisch mit Lichtgeschwindigkeit.

Solche optischen Umsetzungen von Schaltkreisen, die normalerweise mit elektrischem Strom funktionieren, sind auch in anderen Bereichen ein brandaktuelles Thema. Für die Realisierung von Quantentechnologien beispielsweise (wie sie im jüngst neu gestarteten Masterstudiengang Quantum Engineering an der ETH Zürich gelehrt werden) werden auch optische Quantenschaltkreise intensiv erforscht. Bislang werden optische Quantenschaltkreise von klassischen optischen Schaltern unterstützt.

Diese Schalter beruhen zumeist auf einer Änderung des Brechungsindex eines Materials durch Erhitzen, wodurch die Lichtstrahlen verschieden stark abgelenkt werden. Das funktioniert allerdings nur langsam und ist auf lange Sicht unvereinbar mit den niedrigen Temperaturen, bei denen andere Quantenelemente in der Regel funktionieren, wie etwa die Quanten-​Bits oder «Qubits» (entsprechend den klassischen Bits, die «0» und «1» darstellen) eines Quantencomputers. Ein schneller Schalter, der sich praktisch überhaupt nicht erhitzt, dürfte deshalb auch für solche Anwendungen höchst willkommen sein.