Die Zukunft des Computers

Wissenschaftler wollen Quanten, Molekülen, DNA-Strängen und Nervenzellen das Rechnen beibringen

An manchen Tagen wirkt das Media Lab am Massachussetts Institute of Technology (MIT) in Boston wie ein Kindergarten. An niedrigen Tischen basteln große Jungs mit Holzstücken und Legosteinen herum. In bunten Plastikkisten liegen Bausteine, Räder und Scharniere zum Spielen bereit. Neil Gershenfeld dreht eine kurze Runde durch den Raum, ermuntert seine Schützlinge zum Weiterspielen und setzt sich an seinen Schreibtisch. Voller Stolz streichelt Gershenfeld den seltsamen Apparat, der vor ihm auf der Tischplatte steht.

Das Ding sieht aus wie eine Kreuzung aus Schleifmaschine und Schuhputzautomat. In der Mitte der Apparatur glänzen zwei silberne Metallscheiben in der Größe von Untertassen, rechts und links davon sind zwei bräunlich schimmernde Blöcke aus Metall zu sehen. In dem daumendicken Spalt zwischen den magnetischen Scheiben steckt ein kleines Reagenzglas, das mit Kupferdraht umwickelt ist.

Von diesem unscheinbaren Gerät, das gerade mal so groß ist wie ein Toaster, hängt vielleicht die Zukunft der Computerindustrie ab. Das behauptet zumindest Neil Gershenfeld. Der Direktor der Arbeitsgruppe Physik und Medien am Massachussetts Institute of Technology (MIT) in Boston bastelt zusammen mit Isaac Chuang vom IBM Research Center in San Jose an einem Rechner, der schneller und leistungsstärker sein könnte als alle herkömmlichen Supercomputer zusammen. Das Gerät auf Gershenfelds Tisch ist das Modell eines Quantencomputers. Der Prototyp kann zwar noch nicht viel, dies aber beeindruckend schnell. Gershenfelds Quantencomputer ist zum Beispiel in der Lage, aus einer Liste von vier Namen den richtigen auszuwählen, was an sich keine besonders gewinnbringende Leistung ist. Allerdings schafft der Rechner diese Übung mit tausendmal weniger Rechenschritten als jeder herkömmliche Computer.

Noch steckt die Quantencomputer-Technik in den Anfängen. Aber Physiker und Computerwissenschaftler sind sich einig: Der Quantencomputer wird über eine gigantische Rechenkapazität verfügen. Seth Lloyd, Associate Professor für Mechanical Engineering am MIT, schwärmt bereits von einem „Quanten-Internet“ mit „einer ganzen Menge von funkigen Quanten-Effekten“. Er sei zwar so weit ganz zufrieden mit dem PC auf seinem Schreibtisch, sagt er, aber die Computer-Zukunft gehöre nicht dem Mikroprozessor, sondern weitaus kleineren Bauteilchen: „Es ist großartig, dass man Atome rechnen lassen kann!“ Der Physiker hat schon mal ausgerechnet, was ein Quantencomputer von der Größe eines Kubikzentimeters leisten würde: „So ein Ding würde die Rechenkapazität aller heute weltweit verfügbaren Computer deutlich übertreffen.“ Das gesamte Internet, eine kaum vorstellbar große Datenmenge, ließe sich mit so einem Rechner in Bruchteilen von Sekunden durcharbeiten.

Ob es jemals gelingt, so einen Hyper-Computer zu bauen, ist ungewiss. Fest steht, dass die herkömmliche Computertechnik bald an ihre natürlichen Grenzen stoßen wird. Nach dem 1965 formulierten und bis heute gültigen Naturgesetz der Computerindustrie, Moores Law (benannt nach Gordon Moore, einem der Gründer des Halbleiterkonzerns Intel), verdoppelt sich die Leistungsfähigkeit von Siliziumchips etwa alle 18 Jahre. Seit Beginn der serienmäßigen Produktion von Mikroprozessoren im Jahr 1971 hat sich diese Regel immer wieder bestätigt. Leistungsfähiger bedeutet: mehr Power auf weniger Raum. Die ersten Chips hatten 70 Schaltkreise, ein handelsüblicher Pentium-Chip verfügt heute über sechs Millionen Schaltkreise. Irgendwann gegen 2020 wird diese Entwicklung beendet sein, schätzen Computerwissenschaftler, denn dann ist voraussichtlich die minimale Größe erreicht, die mit Silizium technisch machbar scheint. Wenn die isolierende Schicht aus Siliziumoxid zwischen zwei leitenden Siliziumschichten nur noch vier Atome dick ist, funktionieren die Chips nicht mehr, weil Strom durch die Isolation sickert. Die Leiterbahnen auf den Chips sind schon jetzt nur noch ein paar hundert Nanometer (millionstel Millimeter) breit. Zwischen 2020 und 2030 wäre die Minimalisierung bei einem Bit pro Atom angekommen, rechnet Neil Gershenfeld vor, „außerdem würde eine Chip-Fabrik dann so viel kosten wie das Bruttosozialprodukt einer Industrienation“.