1000mal schneller als ein PC - Supraleitende integrierte Schaltkreise arbeiten mit bis zu 750 Gigahertz

Die neuesten integrierten Schaltkreise sind nicht nur einzigartig in ihrer Technik, sondern auch in ihrer hohen Geschwindigkeit. Zum Bau dieser Schaltkreise benutzt man nicht mehr Halbleitermaterialien, sondern das supraleitende Metall Niob. Ein neuer Herstellungsprozess und eine neue “Verdrahtung”, die wesentlich schneller und kompakter ist als ihre Vorgängerin, erlauben nach Ansicht von Darren K. Block, Elie K. Track und John M. Rowell eine Herstellung kommerzieller Systeme schon innerhalb der nächsten fünf Jahre. Die Wissenschaftler berichten über ihre Entwicklung in der Dezemberausgabe der Zeitschrift IEEE Spectrum.

Seit den sechziger Jahren sind die Wissenschaftler fasziniert von der Idee, Schaltkreise aus Supraleitern zu bauen. Das Besondere an den Supraleitern ist, dass sie in der Nähe des absoluten Nullpunktes, also bei minus 273 Grad Celsius, keinen elektrischen Widerstand mehr besitzen. Bisher verhinderten jedoch Probleme bei der Herstellung und eine komplizierte Logik der Schaltkreise die Kommerzialisierung solcher supraleitender Schaltkreise.

Die neue “logische Familie” mit dem Namen RSFQ (rapid single flux quantum) baut auf einer weiteren Eigenschaft der Supraleiter auf: Innerhalb einer geschlossenen Schleife kann der magnetische Fluss nur in diskreten Größen existieren, die ein Vielfaches einer Basisgröße sind, die als magnetisches Flussquantum bezeichnet wird. In der RSFQ-Familie ist es die An- oder Abwesenheit eines magnetischen Flussquantums, dass die Bits der Information darstellt. Zusätzlich können die Quanten von einem logischen Bauteil zu einem anderen virtuell übertragen werden.

In komplexen Schaltkreisen arbeitet RSFQ bei Übertragungsraten weit oberhalb von 100 Ghz. Die Wissenschaftler erreichten in ersten Experimenten mit der neuen logischen Familie 750 GHz und sind damit 1000 mal schneller als ein guter PC mit 700 MHz. Von weiteren technischen Verbesserungen versprechen sich die Wissenschaftler eine nahezu “furchteinflössende” Übertragungsrate. Zusammen mit den Schaltkreisen aus supraleitenden Materialien ergibt sich nicht nur eine hohe Übertragungsrate, sondern eine sehr genaue Übertragung von analogen in digitale Signale.