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Fachtagung zum Thema "Josephson-Elemente" mit Signalwirkung für die kommenden Computer-Generationen


15.10.1976 - 

Mehr Schnelligkeit durch Supraleitung bei Absolut Null

BERLIN - Josephson-Elemente, logische Bausteine, die in zehn Jahren Basis neuer Computer-Generationen sein können, waren das alleinige Thema einer Fachtagung, zu der sich in der letzten Woche 150 Wissenschaftler aus 15 Ländern im Berliner Reichstag trafen. Dieses erste internationale Diskussionsforum - veranstaltet von der Europäischen Physikalischen Gesellschaft und der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt -, das speziell diesen Logik-Elementen der Zukunft gewidmet war, ist Indiz dafür, daß den avantgardistischen Pioniertaten in den Labors nunmehr unumstrittene Akzeptanz der Konzepte und wohl auch systematische Breitenforschung folgen wird. Insofern hat die Berliner Tagung - so Konferenz-Chairman Prof. Dr. Hans-Dieter Hahlbohn, Berlin - Signalwirkung" auch für die Computer-Technologie.

IBM führt die Avantgarde

1962 hatte der Brite Brian Josephson als 22jähriger Student den Josephson-Tunneling-Effect theoretisch vorausgesagt und dafür 1973 den Physik-Nobel-Preis erhalten. In IBM-Laboratorien in Rüschlikon bei Zürich und Yorktown Heights bei New York wurde die Theorie experimentell bestätigt und wurden funktionsfähige Josephson-Elemente gebaut. IBM hat heute - so Hahlbohn - "geradezu ein Monopol auf diesem Bereich" -, daß angeblich schon die US-Regierung besorgt die Regierungslabors drängt, durch eigene Forschung diesen Vorsprung einzuholen.

Josephson-Elemente sind Tieftemperatur-Schalter, die allein in der Nähe des Absoluten Nullpunkts, also bei nahe minus 273 Grad Celsius arbeiten. Bei solchen Temperaturen "tunneln" Elektronen auch durch die - normalerweise das Wandern von elektrischem Strom unterbindende - Isolierschicht zwischen zwei Supraleitern, von Magnetfeld-Bedingungen abhängig einmal ohne und zum anderen mit geringem Spannungsabfall. Unter-Nutzung dieses binären Effektes wurden bereits Logik-Schaltungen und auch Schiebe-Register gebaut.

Im Bereich der billionstel Sekunden

Kennzeichen solcher Tieftemperatur-Schalter ist, daß sie nicht wie Halbleiter im Nanosekunden-Bereich, sondern (wegen Wegfall elektrischer Widerstände bei Supraleitung im Absolut-Null-Bereich) im Picosekunden-Bereich arbeiten, so daß in der Sekunde 100 Milliarden Schaltungen ausgeführt werden können.

Dabei sind - wie Dr. Peter Wolf vom Schweizer IBM-Labor Rüschlikon ausführte - Energiebedarf und Abwärme in vielen Größenordnungen niedriger als bei Halbleiterschaltungen. Wolf betonte auch die extrem hohe Packungsdichte dieser Technik, die ja auch Voraussetzung für die Schnelligkeit ist, denn in einer Nanosekunde legt der Strom bereits eine Strecke von 35 cm zurück.

Heutige Josephson-Elemente arbeiten mit Niob-Blei-Kombinationen, die in flüssiges Helium getaucht werden. Dieses Tieftemperatur-Verfahren ist von der Technik her heute problemlos zu beherrschen, so daß, wo Geld keine Rolle spielt, Josephson-Elemente heute schon einsetzbar sind.

Durchbruch in drei Jahren

Prof. John Clarke von der Berkeley-Universität erklärte im Berliner Reichstagsgebäude, daß die Forscher in "zwei bis drei Jahren den entscheidenden Durchbruch" erwarten - auch in Richtung zu mehr Wirtschaftlichkeit. Tagungs-Chairman Hahlbohn meinte gegenüber der CW, daß wohl zehn Jahre vergehen, bevor eine kommerzielle Nutzung der neuen Technologien möglich sein wird - wobei Computer-Bau dann nur eine Untermenge möglicher Anwendungen sein dürfte. "Wir stoßen hier an die natürliche Grenze der Informationsverarbeitung und -nutzung überhaupt", erklärte Hahlbohn, an der es nicht mehr weitergehen kann, weil es sich hier bereits um Phänomene aus der Welt der Elementarteile handelt.

Übereinstimmende Meinung des Berliner Diskussionsforums: Dies sind die Grundlagen einer völlig neuen Rechnergeneration, die Leistungen heutiger Großrechenanlagen um Zehnerpotenzen übertreffen wird.