Wärme wird zu kritischen Grösse für Computer

Keine feste Grenze

Bemerkenswert ist, dass die Grenze der Effizienz, mit der Informationen verarbeitet werden können, offenbar nicht fix ist, sondern beeinflusst werden kann: Je besser man ein System versteht, desto genauer kann man zum Beispiel die Software auf das Chipdesign abstimmen und desto effizienter werden die Informationen verarbeitet. Genau dies wird heute beim Hochleistungsrechnen auch gemacht. «Zukünftig werden die Programmierer auch die Thermodynamik des Rechnens berücksichtigen müssen», ist Renner überzeugt. «Entscheidend ist nicht, die Zahl der Rechenoperationen zu minimieren, sondern Algorithmen einzusetzen, die möglichst wenig Energie verbrauchen.»
Als Massstab für die Entwickler könnten auch hier biologische Systeme dienen: «Man weiss aus verschiedenen Untersuchungen, dass unsere Muskeln aus thermodynamischer Sicht sehr effizient funktionieren», erklärt Renner. «Nun wäre es natürlich interessant zu wissen, wie gut unser Gehirn bei der Verarbeitung von Signalen abschneidet.»

Möglichst nahe am Optimum

Dass sich Renner als Quantenphysiker mit diesen Fragen auseinandersetzt, ist kein Zufall: Mit der Quanten-Thermodynamik ist in den letzten Jahren ein neues Forschungsfeld entstanden, das insbesondere für den Bau von Quantencomputern grosse Relevanz hat. «Man weiss, dass die sogenannten Qubits, mit denen künftige Quantenrechner rechnen werden, nahe am thermodynamischen Optimum arbeiten müssen, um die sogenannte Dekohärenz zu verzögern», berichtet Renner. «Dieses Phänomen ist ein grosses Problem bei der Konstruktion von Quantencomputern, denn es verhindert, dass quantenmechanische Überlagerungszustände genügend lange aufrecht erhalten werden können, um sie für Rechenoperationen zu nutzen.»


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