Fortsetzung...

Was bringt die Zukunft?

Rechnen mit Licht: In zahlreichen Laboratorien wird an Techniken gearbeitet, die Licht (Photonen) anstelle von Elektronen einsetzen. 

Photonen haben einen wesentlichen Vorteil: Sie sind schneller (Lichtgeschwindigkeut) als Elektronen. Ein einfacher Laser kann Milliarden von Photonenströme produzieren, die dann Rechenoperationen durchführen können. Logikoperationen lassen sich durch Spiegel und optische Gitter erzeugen. Heute wird diese optische Verarbeitung bereits zur Erkennung von Fingerabdrücken eingesetzt.

Rechnen mit Molekülen: Robert Curl, Richard Smalley (Rice University) und Harold Kroto (University of Sussex) bekamen 1996 den Nobelpreis für Physik, weil sie kugelige Moleküle ("Buckyballs") entdeckt hatten. 

Dr.Sumio Iijima (Nippon Electric Company, NEC) stellte kürzlich fest, daß es außer den "Buckyballs" auch noch längliche Strukturen (die Nanoröhren) gibt. Diese sind etrem klein und können Strom sogar besser leiten als ein Metall. Werden diese aber verdreht, verlieren sie ihre Leitfähigkeit. Mit diesen Röhren ist es also möglich Schalter für Logikoperationen aufzubauen.

Rechnen mit Quanten: Alle bisherigen Computer arbeiten auf digitaler Basis. Die Quantencomputer stellen hier einen völlig neuen Ansatz dar, der darauf basiert, daß mögliche Lösungen nicht nacheinander (wie bei heutigen Rechnern), sondern gleichzeitig, berechnet werden. 

Der Trend zur Miniaturisierung wird bei einer Strukturbreite von 50 nm zum Stillstand kommen. Darunter treten Quanteneffekte auf. Weitere Leistungssteigerungen sind mit konventioneller Technik dann stets auf Parallelverarbeitung angewiesen. 

Wenn man Quanteneffekte zum Bau von Quantencomputern nutzen kann, skaliert die Leistung exponentiell. Um den Grad an Parallelarbeit zu erreichen, den 100 Quantenprozessoren ermöglichen, würde man 2100 Standard-Prozessoren benötigen.

Heutige Rechner verwenden zur Darstellung ihrer Informationen einzelne Bits, die entweder "0" oder "1" sein können (eben digital). Quantenrechner benutzen anstelle von Bits, sogenannte "Qu-Bits", die "0" und "1" gleichzeitig sind. Diese Uneindeutigkeit ist für die Quantenmechanik kennzeichnend und zunächst sehr paradox. 

"Qu-Bits" entscheiden sich erst während der Beobachtung für einen der beiden Zustände. Will man mit einem derartigen Computer Probleme lösen, muß man ihm ein Problem stellen, bei dem man die Richtigkeit der Lösung testen kann. Hier werden die "Qu-Bits" so organisiert, daß nur eine der vielen Lösungen diesem Test standhält und die anderen Lösungen löschen sich praktisch gegenseitig aus. 

Ein Quantencomputer mit nur 32 Qu-Bits würde 2³² (4 Mrd.) Lösungen gleichzeitig überprüfen. Diese Rechenleistung ist so groß, daß ein Rechner, der nur über 40 Qu-Bits verfügt, schon den schnellsten heutigen Supercomputer in den Schatten stellt.

Als Qu-Bits lassen sich z. Bsp. die Spins bestimmter Atomkerne verwenden.

Realisiert wurde bisher:

• 5-Qu-Bit-System (University Stanford/IBM) auf Molekülbasis.

• Ionenfalle als rudimentärer 5-Qu-Bit-Rechner (University Oxford).

• Schaltkreise für Quantenoperationen auf Siliziumbasis mit speziellen Dotierungen (University New South Wales).

• Bose-Einstein-Kondensat aus 50 Millionen Rubium-Atomen auf einem Chip (Universität Tübingen).

Rechnen mit den Bausteinen des Lebens: Auch die DNS kann benutzt werden, für normale Rechner oft schwierige Probleme elegant zu lösen. Leonard Adleman, ist der erste Mathematiker gewesen, der die DNS für die Datenverarbeitung einsetzte. 

Er schaffte es, daß Problem des Handlungsreisenden (in der Informatik bekannt als TSP, Travelling Salesman Problem) mit Hilfe von DNS-Molekülen zu lösen. Beim TSP soll ein Handlungsreisender eine Anzahl von Städten auf einer optimalen Route nacheinander besuchen. Normale Rechner brauchen mit steigender Anzahl der Städte enorm viel Rechenzeit. Adleman erzeugte nun für jede Stadt einen kleinen eindeutigen DNS-Strang. Diese wurden durch einen Prozeß (die Polymerase-Kettenreaktion) um ein abermilliardenfaches kopiert. Die Stränge wurden alle in ein Reagenzglas gekippt und man wartete, bis diese sich aneinanderhängten und so längere Einheiten bildeten. Bei diesen zufällig entstandenen Strängen kann man nicht sicher sein, daß eine korrekte Lösung dabei ist, aber es ist bei der hohen Anzahl der DNS-Stränge sehr wahrscheinlich, daß dennoch mehrere korrekte Lösungen vorhanden sind. In den folgenden Schritten wurden spezielle Enzyme eingesetzt, welche die  falschen Stränge zerstörten (falsche Anfangs- bzw. Endstadt, bestimmte Stadt im Strang nicht vorhanden) und anschließend das Ergebnis wieder abermilliardenfach kopierten. Das Ergebnis mußte jetzt nur noch abgelesen werden. Zwar haben solche DNS-Computer eine enorm hohe Fehlerrate, wären aber bei entsprechender Konstruktion dennoch verläßlich.

Anhang:

Nach einer Delphi Studie (Zur Entwicklung von Naturwissenschaft und Technik) aus 1995 (Zitat: FOCUS 51/1995):

 

2003	Mikroorganismen reinigen große Flächen vergifteter Böden von Schadstoffen. Computer steuern und überwachen diese Vorgänge. Durchbruch bei der Krebsbekämpfung: Die Gentherapie zeigt erste  Erfolge. Computer berechnen die Analysen.
2004	Maschinen können wie Menschen sehen und einfache Gegenstände selbständig identifizieren und klassifizieren. Der Übertragungsstandard UMTS hat sich durchgesetzt. Jeder Telefonteilnehmer ist weltweit unter einer Nummer erreichbar. Fest-, Mobilfunk- und Satellitennetz dienen als Übertragungsmedium.
2005	Alle Techniken der analogen und digitalen DFÜ werden durch Glasfaserübertragungen abgelöst. Rechner für den Privatgebrauch werden gestellt. Der Internetzugang ist inklusive, denn Rechner und Internet werden durch Werbung gesponsert- der e-commerce macht's möglich.  Handys und PDAs bekommen Festplatten mit mehreren Gigabyte Speicherkapazität eingebaut.
2006	Bauelemente wie Chips erfahren eine 300fache Verkleinerung und werden damit vielseitiger und billiger. Fahrzeuge fahren vollautomatisch- Bordcomputer steuern sämtliche Bewegungen. Intel präsentiert eine CPU mit insgesamt 350 Millionen Transistoren.
2007	Computer übersetzen vollautomatisch Texte in wichtige Sprachen.
2008	Computer errechnen die Molekularstruktur neuer Substanzen nach Vorgabe der gewünschten Eigenschaften. Computer können Bücher und Dokumente selbständig auswerten und zusammenfassen. Intelligente Gebrauchsgeräte tauschen untereinander Informationen aus und steuern und/oder beeinflussen sich gegenseitig.
2010	Augenersatzgeräte mit Anschluss an das Nervensystem. Die meisten Blinden sehen wieder. Kleidung mit Chips und leitenden Fasern ersetzen Notebooks, Handys und Organizer.
2011	Prozessoren arbeiten mit Taktfrequenzen bis zu 10 GHz. Möglich wird dies durch eine 0,07 Mikron- Technik. Die Spannung wird wegen Hitzeproblemen bei ca. 1 Volt liegen müssen.
2012	Mit Supraleitern lässt sich Strom ohne Energieverlust über lange Wege transportieren. Bei den Silizium-Chips gelangen die Strukturen in den Nanobereich.
2013	Die Miniaturisierung geht weiter: Schalter (Transistoren) in Atomgröße finden allgemeine Verwendung. Die Bevölkerung wird computerberechnet und individuell geimpft.
2015	Dreidimensionale Datenspeicher arbeiten nach holografischen Verfahren.
2016	Konsumgüter werden immer langlebiger. Sie werden durch Fernwartung (Updates) ständig auf dem neuesten Stand gehalten. Lagerung großer Strommengen in Energiespeichern mit Supraleittechnik.
2017	Ideenfindung lässt sich mit Stimulatoren und Präparaten künstlich anregen. Mikroprozessoren nutzen lebende Zellen, um sich über lange Zeit selbständig mit Energie zu versorgen. Ein Holophone setzt einen virtuellen Gesprächspartner direkt an den eigenen Schreibtisch. Die erste virtuelle öffentliche Bücherei verleiht rund um die Uhr Literatur per Mausklick. Vorläufer ist das Internet-Projekt „Gutenberg" mit seinen Klassikern.
2019	Umstellung auf Solarenergie: Strom aus der Wüste wird über Supraleitung in die Industriezentren transportierbar.
2020	Solarkraftwerke im Weltraum versorgen uns mit Strom, der durch elektromagnetische Wellen zur Erde gelangt. Bill Gates, inzwischen rund 70 Jahre alt, hat es endlich geschafft, seine Vision vom papierlosen Büro verwirklicht zu haben. Es gibt keine handschriftlichen Dokumente mehr. Silizium ist in den Computern nicht mehr die Grundsubstanz der Chips. Es ist durch Polymere und Biopolymere abgelöst worden.
2023	Mediziner arbeiten mit sogenannten Tricodern, wie schon bei Star-Trek gezeigt (Pille), um die biologischen Funktionen eines Menschen abscannen zu können.
2030	Nanomaschinen, die Atom für Atom aufgebaut sind, beginnen zu arbeiten.

 

Bill Gates tippt in seinen Computer: "Gibt es einen Gott?" Antwort: "Zu wenig Rechenkapazität." Er lässt alle Computer bei Microsoft einschließlich des gesamten MSN zusammenschalten und tippt erneut seine Frage ein. Antwort: "Zu wenig Rechenkapazität." Er ruft alle Bekannten bei Cray, Sun, etc. an. Auch diese Computer werden zu einem gigantischen Netzwerk zusammengeschaltet. Erneut tippt er seine Frage ein. Antwort: "Jetzt ja!..." 

 

Ende

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