Halle - Neue Erkenntnisse zu komplexen Netzwerken

Steigende Anforderungen an die Transportkapazität des Internets führen dazu, dass viele Daten über Glasfaser-Kabel übertragen werden. Dadurch wird das Internet einem komplexen optischen Netzwerk immer ähnlicher. Solche Netzwerke könnten anfällig sein für störende Effekte der Quantentheorie. In einer aktuellen Studie untersuchen PhysikerInnen der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg diese Prozesse gemeinsam mit KollegInnen aus Israel. Für die Datenübertragung im Internet besteht demnach vorerst keine Gefahr. Aber für die Vorgänge in bestimmten elektronischen Bauelementen lassen sich neue Erkenntnisse gewinnen. Eine Zusammenfassung der Studie erschien am 24. Oktober 2008 in der Zeitschrift Physical Review Letters.

Der hallesche Juniorprofessor Jan Kantelhardt, sein Doktorand Lukas Jahnke und seine israelischen PartnerInnen können anhand von Computersimulationen zeigen, dass neben einer ungestörten Weiterleitung der Lichtwellen die Struktur (Topologie) des Netzwerks entscheidend ist. Wenn die Anzahl der Anschlüsse pro Computer im Netz einigermaßen gleich verteilt ist und es zudem viele Dreiecks-Verbindungen gibt, schlägt der Effekt der “Lokalisierung” zu. Eine Ausbreitung der Lichtwellen über weite Distanzen wird dann unmöglich.

Dieser Effekt ist vergleichbar mit einem Übergang von metallischer Leitung zu Isolator-Verhalten bei bestimmten elektronischen Materialien. Beim Lichtwellennetz wird der Übergang aber durch die Netzwerk-Struktur und nicht durch Unregelmäßigkeiten im Material ausgelöst. Der durch die Computersimulationen vorhergesagte Effekt müsste sich in optischen Experimenten mit Laserlicht experimentell nachweisen lassen, so die PhysikerInnen.

“Die gute Nachricht ist, dass der gefundene Effekt für das Internet zunächst keine Gefahr bedeutet”, sagt Jan Kantelhardt. “Die heutige Technologie der Glasfaserkabel bewahrt nicht den quantenmechanisch notwendigen Zusammenhalt der Lichtwellen bei der Weiterleitung ins nächste Kabel.” Die wesentliche Bedeutung der Forschungsergebnisse liege vor allem in dem erweiterten Verständnis des “Lokalisierungs-Effekts”: “Für uns theoretische Physikerinnen und Physiker ist besonders die Analogie zum Metall-Isolator-Übergang spannend, denn so kann man mit einem optischen Netzwerk etwas über Vorgänge in elektronischen Bauelementen lernen.”

Phys. Rev. Lett. 101, 175702