Alte Idee neu gedacht: Forscher schaffen analogen Radiowellen-Rechner

Forscher haben einen Schaltkreis gebaut, der mit Radiowellen rechnet. Statt Bits und Bytes nutzt er Interferenzen - und löst Gleichungen, indem Wellen sich gegenseitig überlagern. Rechnen, ohne je digital zu werden.

Altes Prinzip ganz neu gedacht

In der Welt der Elektronik scheint heute alles digital: Nullen und Einsen, Bits und Prozessoren. Doch Forscher der University of New South Wales und der University of Arizona zeigen, dass Rechnen auch ganz anders gehen kann - mit Wellen statt mit Zahlen, auf eine Weise, die eher an klassische Funktechnik erinnert als an moderne Chips. Ihr neu entwickelter Schaltkreis nutzt Mikrowellen selbst als Rechenelemente: Sie überlagern, löschen oder verstärken sich, bis am Ende das Ergebnis einer Gleichung herauskommt.

Der Trick beruht auf einem mathematischen Prinzip, das in der Quantenphysik ebenso vorkommt wie in der Signaltechnik: der unitären Matrix. Vereinfacht gesagt beschreibt sie, wie Wellen miteinander interferieren - also wie sich verschiedene Signale überlagern. Das Team um Chen und He hat dieses Prinzip direkt in Hardware gegossen. Statt Daten zu berechnen, lässt ihr Schaltkreis sie physisch entstehen, indem er Radiowellen durch ein labyrinthisches Netzwerk aus Leitungen schickt.

Das System gilt als möglicher Vorläufer einer neuen Klasse analoger Hochfrequenz- und Mikrowellenprozessoren, die sich flexibel programmieren lassen und in Kommunikation wie Radar vielseitig einsetzbar wären.

Das Gerät hat vier Eingänge und vier Ausgänge. Dazwischen liegen fünf Schichten, die abwechselnd Signale aufteilen und deren Phase verändern - also die Lage der Welle verschieben, ähnlich wie beim Drehen eines Reglers am Verstärker. Diese Architektur, "interlaced" genannt, funktioniert wie ein winziges Mischpult für Radiowellen: Jede Ebene verteilt die Signale neu, die nächste verschiebt ihre Phase - also, wo genau sich eine Welle gerade in ihrem Auf und Ab befindet. Eine vollständige Schwingung entspricht 360 Grad.

Feinjustierbar

Die Forscher können diese Phase in 64 winzigen Stufen à 5,6 Grad verändern: Die Wellen selbst bleiben analog, aber die Regler, die sie steuern, sind digital - ähnlich wie Drehknöpfe mit 64 feinen Rasterpunkten. So lässt sich jede denkbare Kombination der vier Signale präzise einstellen. PCB des analogen Matrix-Lösers mit Leistungsteilern. Was sonst Millionen Rechenoperationen in einem Chip bräuchte, geschieht hier in einem Wimpernschlag: Wenn die Welle durch den Aufbau läuft, ist das Ergebnis da - in weniger als zehn Nanosekunden. Der Energiebedarf liegt bei kaum 330 Mikrowatt, also weniger als einer kleinen LED. Besonders spannend ist das für Aufgaben, bei denen es auf Tempo ankommt: Radar, drahtlose Kommunikation oder Antennensteuerung, wo Signale direkt im Raum verrechnet werden können, bevor sie überhaupt digitalisiert werden.

Physischer Taschenrechner

Die Studie, veröffentlicht in Nature Communications (DOI 10.1038/s41467-025-63486-z), demonstriert damit eine Art analogen Mini-Computer für elektromagnetische Wellen. Noch arbeitet der Aufbau mit vier Signalkanälen. Das Prinzip selbst ließe sich aber ausbauen - etwa, indem man weitere Verstärker oder Dämpfungsstufen ergänzt, um auch komplexere Rechenoperationen zu ermöglichen.

So wird aus einem klassischen Mikrowellen-Schaltkreis ein physischer Taschenrechner, der nicht mit Zahlen, sondern mit Interferenz rechnet. Ein Beispiel dafür, dass Fortschritt manchmal darin besteht, alte Prinzipien neu zu denken - und dass Rechnen auch ohne Prozessor funktionieren kann, wenn man der Physik selbst die Arbeit überlässt.

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