Molekül als Schaltkreis

Der Siliziumchip als Baueinheit stößt langsam an seine Grenzen. Eine signifikante Steigerung der Rechenleistung ist nach Ansicht von Wissenschaftlern nur mit anderen Technologien möglich. Eine der Zukunftsvisionen ist der Rechner auf Basis von Molekülen, die elektronische Bauteile wie Schalter und Drähte ersetzen. Noch einen Schritt weiter gehen die Vorstellungen einer israelisch-deutschen Forschergruppe: Ein einzelnes isoliertes Molekül soll die Funktion eines gesamten logischen Schaltkreises übernehmen.

Raphy Levine vom Fritz Haber Research Center for Molecular Dynamics der Hebrew University in Jerusalem hat nach eigenen Angaben ein erstes Beispiel für ein „logisches“ Molekül gefunden. Zusammen mit einem Team und Karl Kompa, Max-Planck-Institut für Quantenoptik in Garching bei München, hat er eine altbekannte Reaktion der Salpetersäure neu interpretiert: Wird ein Salpetersäuremolekül erst mit Infrarotlicht und kurz darauf mit ultraviolettem Licht bestrahlt, zerfällt es in zwei Bruchstücke. Die überschüssige Energie wird dabei in Form von Fluoreszenz wieder abgegeben.

Mit der Boolschen Algebra betrachtet ist das Experiment ein Analogon für den logischen Operator UND. Denn nur wenn das Molekül sowohl die „Information“ IR-Blitz als auch die „Information“ UV-Blitz erhält, sendet es ein Fluoreszenzsignal als Antwort.

Den Forschern ist es gelungen eine zusätzliche Variable ins Spiel bringen, indem man die Reihenfolge der Blitze, UV und IR, vertauscht. Liegt die zeitliche Verzögerung zwischen den Blitzen in der Größenordnung weniger Pikosekunden (0,000000000001 Sekunden), kann man beide Fälle anhand der Intensität der Fluoreszenz unterscheiden. Der resultierende logische Schaltkreis ist eine komplexe Verknüpfung dreier UND- und eines NICHT-Gitters.

Einen kleinen Schönheitsfehler hat der beschriebene „molekulare Schaltkreis“ allerdings noch: Das Molekül wird bei der „Datenübertragung“ zerstört. Levine und seine Kollegen haben aber schon andere Kandidaten im Auge, die sich innerhalb von Pikosekunden regenerieren lassen.