Achtzig Jahre sind seit dem Start von ENIAC vergangen. Es war der erste Allzweckcomputer. Gebaut von den Penn-Forschern J. Presper Weckert und John Mauchly. Es lief mit Elektronen. Das ist derzeit noch das Fundament Ihres Laptops.
Aber Elektronen stoßen gegen eine Wand.
Während die KI-Modelle in die Höhe schießen, ächzt die Hardware. Elektronen tragen Ladung. Diese Ladung erzeugt Reibung, Widerstand und Hitze. Wir verschwenden Energie im Kampf gegen die Thermodynamik, nur um zu verhindern, dass die Späne schmelzen. Die Einschränkungen sind physischer, harter und unmittelbarer Natur.
Bo Zhen, ein Physiker an der Penn, wartet nicht auf bessere Fans. Er blickt ins Licht.
Photonen. Sie bewegen sich schnell. Nullmasse. Keine Gebühr. Sie flitzen über die Fasern, ohne viel Energie zu verlieren. Außer, dass sie schrecklich darin sind, miteinander zu reden. Photonen sind Geister. Sie passieren direkt die Logikgatter, die Computer zum Schalten und zur Entscheidungsfindung benötigen. Li He, Co-Autor einer neuen Studie, bringt es auf den Punkt.
„Weil sie ladungsneutral sind und keine Ruhemasse haben … bedeutet diese Neutralität, dass sie kaum interagieren, was sie zu schlechten Signalschaltlogiken macht.“
Sie haben also die schnellsten Messenger, aber für die Mathematik sind sie nutzlos. Zumindest schien es so.
Licht dazu bringen, sich wie Materie zu verhalten
Zhens Team fand einen Workaround. Sie haben Photonen nicht dazu gezwungen, sozial zu sein. Sie haben sie auf etwas anderes aufgepfropft.
Sie erzeugten Exziton-Polaritonen in einem atomar dünnen Halbleiter. Halb Licht, halb Elektron. Ein Quasiteilchen. Das Ergebnis? Du behältst die Lichtgeschwindigkeit. Aber jetzt hat es Gewicht. Es interagiert. Es kann Signale schalten. Es kann rechnen.
Heutzutage sind die meisten photonischen Chips Betrug. Sie nutzen Licht für die Datenübertragung auf lange Sicht. Aber sobald sie einen nichtlinearen Schritt erreichen, wie eine Aktivierungsfunktion in neuronalen Netzen, wandeln sie das Signal wieder in Elektrizität um. Konvertieren. Berechnen. Nochmals konvertieren.
Dieses Hin und Her ist langsam. Es frisst Kraft. Es negiert die Vorteile.
Zhens Demo hat den Mittelsmann übersprungen. Alleslichtschaltung. Die Energiekosten? Vier Billiardstel Joule. Das ist praktisch nichts. Weniger Energie als das Blinken einer kleinen LED.
Kein Konvertieren mehr
Wenn dies skaliert, sind die Auswirkungen chaotisch, aber vielversprechend. Zukünftige KI-Chips könnten Daten direkt von Kamerasensoren verarbeiten. Keine elektrische Übersetzung erforderlich. Licht rein, Licht aus, fertig ist das Ergebnis.
Es reduziert die Energiekosten für riesige KI-Systeme. Vielleicht. Wenn wir die Dinge im Maßstab bauen können. Es gibt auch Gerüchte über die Unterstützung von Quantencomputing-Funktionen. Offensichtlich in den Anfängen.
Wer bekommt eigentlich zuerst die Chips? Die Labore. Immer die Labore.
Der Artikel mit dem Titel „Strongly Nonlinear Nanocavity…“ erschien letzten April in Physical Review Letters. Zhen ist Inhaber der Jin K. Lee-Professur. Er arbeitete früher mit He zusammen, jetzt Assistenzprofessor an der Montana State. Auch Zhi Wang und Bumho Kim halfen.
Das Geld kam vom Navy Office und der Sloan Foundation. Das Werk existiert jetzt. Die technischen Hürden tun es auch.
Wir könnten bald mit Licht laufen. Oder wir brennen einfach schneller aus und versuchen, die Elektronen dazu zu zwingen, mitzuhalten. So oder so, die Strömung verschiebt sich.
