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Mit Techniken von heute die Computer von morgen entwerfen

Bremer Informatiker werden bei der Entwicklung von Quantenschaltkreisen von der DFG gefördert

Mit rasanter Geschwindigkeit werden Rechner schneller, kleiner und besser. Computer, die wir heute kaufen, sind bereits nach wenigen Monaten veraltet. Was aber kaum wahrgenommen wird: Diese Entwicklung wird in naher Zukunft an ihre Grenzen stoßen. Schon heute lässt sich beobachten, dass mehr Performanz oft nur noch durch die Verwendung moderner Techniken wie Dual- oder QuadCores erreicht wird. Quantenschaltkreise gelten als vielversprechende Technologie, welche klassische Computer in vielen Bereichen ersetzen könnten. Anstelle von elektronischen Signalen (welche die digitalen Werte 0 und 1 darstellen) arbeiten Quantencomputer mit so genannten Qubits – atomare Zustände von Lichtphotonen oder Ionen. Diese ermöglichen durch die Gesetze der Quantenphysik, Berechnungen mit massiver Parallelität durchzuführen. Einige schwierige Probleme lassen sich dadurch viel einfacher und ohne großen Rechenaufwand lösen.

Bisher steckt die Entwicklung von Quantenschaltkreisen aber noch in den Kinderschuhen. Entsprechend ist die Forschung in diesem Gebiet auch noch am Anfang. Doch in den vergangenen Jahren konnten insbesondere in der Physik enorme Fortschritte erzielt werden. Da sich komplexe Systeme aber nur mit Hilfe von effizienten Entwurfswerkzeugen erzeugen lassen, muss nun auch die Informatik nachziehen. Die Arbeitsgruppe Rechnerarchitektur unter der Leitung von Professor Rolf Drechsler im Fachbereich Mathematik/Informatik an der Universität Bremen forscht bereits seit einigen Jahren sehr erfolgreich an Methoden für den Entwurf von Quantenschaltkreisen. Im Gegensatz zum bisherigen Entwurfsablauf für „klassische“ Computerschaltkreise müssen dabei neue Randbedingungen berücksichtigt werden. Dies ist bisher aber nur für kleine Quantenschaltkreise gelungen. Setzt sich die physikalische Entwicklung der Quantenschaltkreise weiter fort, wird dies nicht mehr ausreichen.

Im Rahmen eines von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Projektes werden die Bremer Informatiker nun darin unterstützt, ihre Arbeit der vergangenen Jahre fortzusetzen und auszubauen. Dabei sollen die bisher entwickelten Verfahren für größere Schaltkreise anwendbar gemacht werden. Inspiriert werden die Forscher dabei von Methoden, wie sie im Entwurf heutiger Computer eingesetzt werden. Somit helfen Techniken von heute, die Computer von morgen zu entwickeln. Bereits seit 2008 werden die Bremer Informatiker auf diesem Gebiet durch den Deutschen Akademischen Austauschdienst (DAAD) gefördert, welcher einen intensiven internationalen Austausch mit Wissenschaftlern aus Kanada ermöglicht. Durch das nun eingeworbene Projekt mit einer zweijährigen Laufzeit wird die Forschung im Gebiet der Quantenschaltkreise am Standort Bremen weiter gestärkt.