Holografie Wissen aus dem Kristall

Die elektronische Datenspeicherung hat ausgedient. Das Gedächtnis der Zukunft soll im holografisch beschriebenen Kristall liegen - und das nicht nur in der Science Fiction.

Von Annette Bolz


Sie sind orangefarben, durchscheinend und enorm leistungsstark: Wann immer die Star-Trek-Crew am Bordcomputer herumbasteln muss, kommen durchsichtige Kristallplättchen zum Vorschein.

Das Raumschiff Enterprise und sein Computer-Gedächtnis sind eine Erfindung Hollywoods. Doch die Realität folgt der Science-Fiction: Seit einigen Jahren arbeiten Forschergruppen auf der ganzen Welt daran, Kristalle als Informationsspeicher zu benutzen. Dabei bedienen sie sich holografischer Prinzipien.

Der Physiker Theo Woike von der Universität Köln bastelt gerade mit seinem Team an einem Kristall, der mindestens ein Terabyte Information aufnehmen kann – mehr als eine Million Megabyte.

Zehn dieser Wunderkristalle will er dann in ein "metallisiertes und gesandstrahltes Computergehäuse mit Design-Ästhetik" packen. Der Prototyp, der auf der Computermesse Cebit im kommenden Jahr vorgestellt werden soll, hätte demnach eine Speicherkapazität von zehn Terabyte - genug, um die Enterprise zu steuern.

Die Kristalle, die Woike und sein Team verwenden, ähneln tatsächlich denen des TV-Raumschiffs: Es sind leicht orangefarbene Strukturen mit einer "Prise Eisen". Auch ihre flache, "wunderschön rechteckige" Gestalt folgt der Science-Fiction-Vorlage. Die Speicherchips der Zukunft sind vier Zentimeter breit, fünf Zentimeter lang und drei Millimeter dick. Und darauf sollen nun eine Billion Bytes passen?

"Ja", sagt Woike und lacht, "alles ganz einfach": In den Kristall werden holografische Muster hineingeschrieben. Dazu wird - wie bei der Holografie üblich - ein Laserstrahl zweigeteilt: Ein Teil trifft die Schreibfläche direkt. Der zweite Strahl fällt auf die zu speichernde Information und wird von ihr auf die Schreibfläche reflektiert. Da sich die Laufzeit der beiden Strahlen unterscheidet, überlagern sich die Laserwellen unregelmäßig, bis hin zur gegenseitigen Auslöschung. Ein so genanntes Interferenzmuster entsteht.

"Licht oder nicht Licht"

Um Informationen effizient zu speichern, müssen sie zunächst digitalisiert werden. Die Umwandlungsarbeit von analog zu digital übernimmt in den Kölner Labors ein Flüssigkristall mit sehr fein gerasterten Fensterchen, die nur die binären Information "Licht oder nicht Licht" durchlassen. Auf eine Fläche von zwei mal zwei Millimeter passt eine Info-Menge von einem Megabyte.

Aber wie will Woike dann auf einen Kristall ein Terabyte pressen? "Jaha", sagt der Physiker, "jetzt kommt der Witz: Wir drehen den Kristall jeweils um ein hundertstel Grad!" Schon eine kleine Drehung, veranlasst durch einen exakten Motor, ermöglicht es, wieder neue Informationen zu schrieben.

"Insgesamt ergibt das 10.000 verschiedene Hologramme an einem Ort - bloß weil wir den Winkel zwischen dem Kristall und den Laserstrahlen verändern", erklärt Woike.

Abgelesen werden die Informationen wiederum mit einem Laserstrahl. Eine Digitalkamera empfängt das Muster des Strahls, wandelt es in Impulse um und sendet diese an einen Rechner. "Auf einen Schlag" kann ein Megabyte abgelesen werden, erklärt der Kristall-Physiker, in einer Sekunde werden mehr als 100 Megabyte übertragen.

Weil die Muster auf dem Kristall fixiert werden - "wie genau verrate ich nicht" - können sie durch den ablesenden Laserstrahl nicht zerstört werden. Sicher sei, meint Woike, dass die Fixierung mindestens hundert Jahre halte. Sollte dies stimmen, dann wäre der Gedächtnis-Kristall nicht nur aufnahmefähiger als herkömmliche digitale Speichermedien, sondern auch dauerhafter: Hochwertige DVDs und CD-Roms zum Beispiel sollen etwa 100 bis 200 Jahre halten, Magnetbänder nur etwa 20 Jahre.



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