946840

Die Computer von morgen: Quanten oder Erbgut?

13.01.2006 | 11:33 Uhr

Für Computer birgt die Physik natürliche Grenzen. Die Strukturen auf einem Mikrochip liegen bereits im Nanometer-Bereich, doch die Miniaturisierung kann nicht ewig weiter gehen. Forscher weltweit suchen nach Alternativen zum herkömmlichen Siliziumchip. Der Computer der Zukunft könnte mit Quanten oder Erbgut rechnen.

Zu den kleinsten Strukturen auf einem herkömmlichen Mikrochip gehören so genannte Transistorgates, die für die Schaltungen zuständig sind. Bei den neusten Prozessorgeneration liegt ihre Größe bei etwa 35 Nanometern, dem Zwanzigtausendstel eines menschlichen Haars. Wird eine Dicke von etwa 20 Nanometern, das sind etwa 20 Atome nebeneinander, unterschritten, funktionieren die metallbasierten Schalter nicht mehr richtig.

Quantenbits, Forscher sprechen von Qubits, rechnen anders. Während ein klassisches Byte 256 verschiedene Werte annehmen kann, besteht der so genannte Rechenraum eines Quantenbytes aus 65.535 zum Großteil unabhängigen Elementen. Physiker der Österreichischen Akademie der Wissenschaften haben im Dezember 2005 über das weltweit erste Quantenbyte berichtet.

Im Gegensatz zu klassischen Bits, die entweder 0 oder 1 darstellen, können die Qubits mehrere Zustände gleichzeitig annehmen und damit parallel rechnen. Dementsprechend schneller könnte der Quantencomputer bestimmte mathematische Probleme lösen wie etwa Datenbanksuchen oder die Ent- und Verschlüsselung. Bislang existieren die Konzepte jedoch nur auf dem Papier.

An der Natur orientiert sich die Entwickler von DNA-Computern. Erbgut codiert mit vier Basen, von denen je zwei zusammen passen, den kompletten Bauplan des Menschen. Diesen Mechanismus nutzen Forscher, um DNA-Stränge rechnen zu lassen. Wissenschaftlern am Weizmann Institute of Science in Rehovot in Israel dienen synthetische Erbgutschnipsel als Software. Enzyme, die DNA lesen, spalten und zusammenfügen stellen die Hardware.

Zwar dauert eine einzelne Operation mit etwa 45 Sekunden relativ lange, in einen Wassertropfen passen jedoch nach Angaben der Forscher rund drei Billionen solcher Molekular-Rechner. Da sie parallel arbeiten, schaffen sie theoretisch 66 Milliarden Operationen pro Sekunde - das entspricht der Leistung von rund elf modernen PCs.

Experten sehen für Quanten-, sowie DNA-Computer bisher nur wenig Aussichten, eines Tages im heimischen Wohnzimmer zu landen. Die Einsatzgebiete sind zu speziell. Deshalb bleiben die Hersteller von Computern wohl vorerst bei der klassischen Variante und suchen verstärkt nach neuen Materialien, um immer kleinere Strukturen zu bauen.

:Physiker konstruieren weltweit erstes Quantenbyte (PC-WELT Online, 30.11.2005)

0 Kommentare zu diesem Artikel
946840