1.000 Mal schneller und nur ein Hundertstel an Stromverbrauch: Was für einen Chip wie Magie klingt, wurde gerade in Japan erfunden

Die neue Erfindung nutzt quantenmechanische Eigenschaften, um schneller und effizienter zu arbeiten. (Bild: Professor Tomoaki Nakatsuji, Universität Tokio)

Eine neue Erfindung aus Japan hat das Potenzial, die Tech-Welt zu revolutionieren. Neue Mikrochips könnten dadurch theoretisch ein Vielfaches der Rechengeschwindigkeit heutiger Computerchips erreichen, ohne dabei warm zu werden.

Im Labor funktioniert es bereits

Wie unter anderem das japanische Nachrichtenportal Nikkei berichtet, wurde das Gerät unter der Aufsicht von Professor Tomoaki Nakatsuji an der University of Tokyo entwickelt. Bis 2030 möchten die Forscher einen Prototypen bauen. Die Markteinführung liegt also nicht in weiter Ferne.

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Das Potenzial der Erfindung ist aber enorm. Aktuelle Siliziumchips haben das Problem, dass sie Wärme erzeugen und sich so ab einer gewissen Geschwindigkeit quasi selbst zerstören. Sie verbrauchen zudem vergleichsweise viel Strom dabei.

Die Forscher in Tokio haben nun einen sogenannten nicht-flüchtigen Quantenschaltkreis gebaut. Dieses überträgt Informationen nicht durch die Bewegung von elektrischen Ladungen, sondern nutzt den »Spin«, also den quantenmechanischen Eigendrehimpuls, von Elektronen.

Durch extrem kurze elektrische Impulse wird der magnetische Zustand umgeschaltet, sodass eine »0« oder eine »1« dargestellt wird. Dieser Schaltvorgang brauchte im Labor gerade mal 40 Pikosekunden. Eine Pikosekunde entspricht dem Billionsten Teil einer Sekunde.

Besonders ist dabei, dass bei dem Vorgang kaum nennenswerte Wärme entsteht. Den Forschern ist es gelungen, 100 Milliarden Mal fehlerfrei hintereinander zu schalten. Herkömmliche Chips würden bei dieser Frequenz bereits nach 10 Millionen Schaltungen hoffnungslos überhitzen.

Dadurch, dass kaum Strom genutzt wird, sinkt auch der Stromverbrauch auf ein Hundertstel des heutigen Niveaus. Smartphones müssten beispielsweise nur noch alle drei Monate geladen werden und wären viel schneller als heutige Modelle.

Ein langer Weg bis zum Markt: So riesig das Potenzial auch ist, bis zur Marktreife dürften noch einige Jahre vergehen. Zudem bedeutet ein 1000 Mal schnellerer Schalter nicht auch zwingend, dass das ganze Gerät 1000 Mal so schnell arbeitet.

In einem System müssen Milliarden solcher Schalter zusammenarbeiten und kommunizieren. Außerdem gibt es auch andere Komponenten wie den Speicher oder die Software, die solche Geschwindigkeiten aktuell gar nicht mitgehen könnten.

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Zu guter Letzt müssten auch noch Verfahren erfunden werden, wie solche Chips verlässlich und massenhaft gefertigt werden können. 2030 sollen die ersten Prototypen fertig sein. Dann wird sich zeigen, ob die Erfindung das enorme Potenzial wirklich erfüllen kann. Die Möglichkeiten scheinen in jedem Fall transformativ.