Zeitung Heute : Für mehr Rechenleistung im PC experimentieren Wissenschaftler mit Licht und DNA-Erbmasse

Niko Deussen

Alles können sie immer noch nicht. Wir zwar auch nicht, aber der Mensch kann dem Computer Probleme einprogrammieren, an deren Lösung die Maschine scheitert. Eins davon klingt zunächst harmlos. Ein Handelsvertreter möchte auf dem kürzesten Weg eine Reihe von Städten besuchen. Wie sieht seine Reiseroute für 30 Städte aus? "Bereits 25 Städte würden die größten Supercomputer mit den ausgefeiltesten Aufzähltechniken überfordern", erklärt Martin Grötschel, Mathematiker an der TU Berlin. Der Rechner muss zuviel auf einmal beachten. Das passt nicht alles gleichzeitig in sein Arbeitsgedächtnis, die Siliziumchips.

Während die Mathematiker bereits raffinierte Methoden erdacht haben, um auch Rundreisen mit über zehntausend Ortschaften auf gewöhnlichen PCs zu optimieren, halten die Hardware-Hersteller noch Ausschau nach mehr Arbeitskraft für ihre Automaten. So ließen sich die Bit-Speicher weiter verkleinern, um noch mehr davon auf den Halbleitern unterzubringen. Indem etwa bei den Elektronen gespart wird. Denn in herkömmlichen Chips sind rund 500 000 Elektronen an der Codierung eines Bits beteiligt. 499 000 zuviel, glaubten einige Physiker. Sie konstruierten daher Chip-Architekturen, in denen sich ein einzelnes freies Elektron wie in einem Käfig fangen läßt. Sitzt ein Teilchen dort fest, wird das als Eins interpretiert, sonst als Null. Weniger Elektronen wäre mehr Leistung. Den passenden Schalter entwarfen vor kurzem Forscher von Universität in Notre Dame in Indiana. Derzeit funktioniert er allerdings nur bei Temperaturen knapp über dem absoluten Nullpunkt.

So interessant die Technik auch sein mag, mit der Miniaturisierung in der Mikroelektronik ist irgendwann Schluss. Wenn die Größe von Speichern und Schaltern in den Bereich vom Millionstel Millimeter rutscht, werden nicht nur die immer noch nötigen Isolierungen der elektrischen Leiterbahnen stromdurchlässig. Die Elektronen ändern auch ihren Auftritt, aus den Materieteilchen werden Wellen, Quanteneffekte kommen ins Spiel. Ganz neue Phänomene treten auf, die Ausgangspunkt für neue Welten von Computerbauelementen werden könnten. In den Quantencomputern der Zukunft müssten keine Elektronen mehr bewegt oder eingefangen werden. Sie ließen sich direkt in der Atomhülle für die Darstellung von Daten nutzen. Denn die Schalen der Hülle sind natürliche binäre Systeme, wie sie im Computer Verwendung finden.

Computer-Visionäre liebäugeln zur Zeit auch mit natürlichen Vorbildern. Denn die Evolution hat die biologischen Nachrichtenprobleme auf beeindruckende Weise gelöst. Ein Einzeller, der ohne zentrales Nervensystem auskommt, reagiert trotzdem richtig und rasch auf seine Umwelt. Den Datenfluss im Zellinneren besorgen dabei Eiweißmoleküle. "Viele Proteine", glaubt Dennis Bray von der Universität Cambridge, "sind fast ausschließlich an der Weiterleitung und Verarbeitung von Informationen beteiligt." Sie können binnen Millionstel Sekunden ihren Zustand ändern und behalten die so gespeicherte Information für einige Sekunden. Das Protein-Netzwerk der Zelle gleicht damit im Prinzip einem Arbeitsspeicher aus Silizium. Doch wo der Weg von der "Wetware" zur leistungsfähigen Molekül-Maschine verläuft, weiß noch keiner so genau.

Fasziniert sind die Forscher auch von der Speicherfähigkeit der Erbsubstanz. Sie misst beispielsweise in einem Bakterium rund zwei Millionstel Millimeter, enthält aber mehrere Millionen Bio-Bits. In einem Chromosomen-Computer werden DNA-Schnipsel mit moderner Gentechnik wie Computerdaten manipuliert. Damit lässt sich auch rechnen, wie der Mathematiker Leonhard Adleman vor einiger Zeit zeigte. Er ging das Rundreiseproblem im Reagenzglas an und fand immerhin die optimale Lösung für sechs Städte.

"Eine breitere Anwendung", dämpfte Adleman allerdings die Begeisterung, "hat sich noch nicht gezeigt." Denn die erforderliche Biomasse an DNA für eine 200-Städte-Tour wiegt mehr als die Erde.

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