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21.01.2012

09:43 Uhr

Quantencomputer

Wenn Atome rechnen lernen

VonJens Koenen

Es ist nur eine Frage der Zeit, bis die klassische IT-Technik an ihre Grenzen stoßen wird. Die Branche baut für die Zukunft deshalb auf den Quantencomputer. Ein erstes serienreifes Produkt soll es bereits geben.

Ein moderner Serverraum. Mit der existierenden Siliziumtechnologie ist eine weitere Beschleunigung und Verkleinerung der Computertechnik nicht mehr ewig zu machen. obs

Ein moderner Serverraum. Mit der existierenden Siliziumtechnologie ist eine weitere Beschleunigung und Verkleinerung der Computertechnik nicht mehr ewig zu machen.

FrankfurtDie Zukunft der IT-Industrie ist pechschwarz und glatt; ein monolithischer, rechteckiger, zehn Kubikmeter umfassender Block, schwer wie ein Elefant. So jedenfalls sieht der weltweit erste Quantencomputer aus.
Der Rüstungskonzern Lockheed Martin hat zehn Millionen Dollar für das bisher einzige Produkt der kanadischen Firma D-Wave, den sogenannten D-Wave One, bezahlt. Seither rätseln Experten an Universitäten, aber auch innerhalb der Branche: Funktioniert das sperrige Ding? Was kann die Zaubermaschine, wie schnell ist sie?

Viele Fragen und keine Antworten. Das nervt die Fachleute - schließlich stehen sie vor einer schwierigen Entscheidung: Sollen sie jetzt große Summen in die Quantentechnologie stecken? Müssen sie es vielleicht sogar?

Eine heikle Situation. Denn trotz der Jubelmeldung über den Verkauf ist ein industriell gefertigter Quantencomputer nach Ansicht vieler Experten noch weit entfernt. Der Lookheed-Computer sei ein Forschungsprojekt, werbewirksam vermarktet, heißt es unisono in der IT-Industrie wie in der Wissenschaft.

Heutige Rechner

Arbeitsweise

Die heute üblichen Computer arbeiten seit vielen Jahrzehnten nach demselben Prinzip: nämlich mit Millionen von Transistoren. Transistoren sind Schalter, die den Strom entweder durchlassen oder nicht. Sind die Schalter aus, sind wenig Elektronen im Transistor, ist er an, sind es viele.

Prinzip

Den beiden Zuständen werden die Ziffern (Bits) 0 und 1 zugeordnet. Damit werden dann die digitalen Informationen (Bits) gespeichert, die aus vielen Nullen und Einsen bestehen. Bislang verdoppelte sich die Zahl der Transistoren alle 18 Monate, ohne dass der benötigte Platz in gleichem Maße zulegte. Das ermöglichte den Bau immer kleinerer und immer leistungsfähigerer Computer. Spätestens Ende dieses Jahrzehnts müsste die Technik bei einer Transistorgröße von zwei Nanometern angekommen sein.

Problem

Die Transistortechnik lässt nur zwei Zustände pro Transistor zu (an, aus). Die Speicherkapazität ist damit begrenzt. Zugleich gilt: Je mehr Schalter auf dem engen Raum sind, desto mehr Hitze entsteht und desto schwieriger ist es, die Transistoren mit Strom anzusteuern.

Zwischen 45 und 50 Jahre dürfte es noch dauern bis zum wirklich fertigen Quantencomputer, schätzt Hendrik Bluhm, Professor für Experimentalphysik an der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule (RWTH) in Aachen. Das ist für IT-Konzerne viel zu lang, um große Investitionen vor Investoren und Aktionären zu rechtfertigen.

Quanten-Rechner

Funktionsweise

Auch das Quanten-Computing setzt auf Elektronen, allerdings werden die Informationen hier nicht durch die Menge der Elektronen gespeichert, sondern im Elektron selbst.

Prinzip

Der Trick dabei ist, dass sich die Elektronen drehen. Die Drehrichtung kann als Schalter benutzt werden. Das Besondere dabei: Die Elektronen können auch Zwischenzustände einnehmen, sogenannte Superpositionszustände. Das eröffnet die Möglichkeit, viel mehr Informationen zu speichern als mit einem herkömmlichen Transistor. Man nennt dies Qbits.

Problem

Diese Zwischenzustände sind zufällig. Es ist aber möglich, mit Hilfe der Wahrscheinlichkeitsrechnung diese Zwischenzustände gleichwohl als Informationsspeicher zu nutzen. Bislang funktioniert das nur bei Temperaturen knapp über dem absoluten Nullpunkt (minus 273 Grad). Auch reagiert die gesamte Rechnerkonstruktion sehr empfindlich auf Störfaktoren von außen. Deshalb ist die Fehlerquote derzeit noch viel zu hoch.

Dennoch ruhen große Hoffnungen auf dem Quantencomputer. Heute arbeiten Computer mit Transistoren. Das sind Schalter, die entweder ein- oder ausgestellt sind. Null oder eins - mehr Möglichkeiten gibt es in der digitalen Welt nicht. Entsprechend viele Schalter braucht man, um Informationen zu verarbeiten und zu speichern.

Beim Quantencomputer werden die Informationen aus einzelnen Elektronen abgelesen. Die können mehr als nur zwei Zustände einnehmen, also können auch mehr Informationen abgerufen werden. Deshalb erledigt der Quantencomputer mehr Rechnungen gleichzeitig und damit viel schneller.

Kommentare (1)

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Account gelöscht!

22.01.2012, 15:13 Uhr

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Das Atom kann nicht rechnen,
es ist nur instinktgesteuert. Aber dies ohne eine einzige Fehlfunktion.
Der erste der wirklich denken kann ist der Mensch, ein Kind des Atomes um seiner Sache zu dienen, sprich biologisches Leben zu bilden.
Aber im Moment hat sich der Mensch aufgrund "seines Verstandes" verselbstständigt. Sein Schicksal ist äußerst Fragwürdig und verspricht nichts Gutes.


Siehe hierzu auch meine Thesen im Handelsblattartikel "Cern-Forscher sind Gottesteilchen dicht auf der Spur"

Link:

http://www.handelsblatt.com/technologie/forschung-medizin/forschung-innovation/cern-forscher-sind-gottesteilchen-dicht-auf-der-spur/v_detail_tab_comments,5955710.html
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