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Dresdner Forscher forschen an Quantenautomaten und Neuronetz-Computern

Selbstorganisierende Molekül-Lage zwischen Siliziumatomen. Abb.: TUD

Selbstorganisierende Molekül-Lage zwischen Siliziumatomen. Abb.: TUD

Dresden, 1.8.2012: Die Technische Universität Dresden (TUD) arbeitet zusammen mit internationalen Partnern an neuen Konstruktionsprinzipien für künftige Computer. Die Projekte „SYMONE“ (SYnaptic MOlecular NEtworks for Bio-inspired Information Processing) und „MOLARNET“ (Molecular Architectures for QCA-inspired Boolean Networks) werden von der EU mit insgesamt sieben Millionen Euro gefördert. Dabei will das Team um Professor Gianaurelio Cuniberti vom TUD-Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaft und Nanotechnik dem menschlichen Gehirn nachempfundene selbstorganisierende Rechennetzwerke erforschen und sogenannte „Quantenzellulare Automaten“ (QZA) vernetzen, die im Vergleich zu heutigen Transistoren so gut wie keinen Strom verbrauchen.

Gianaurelio Cuniberti. Abb.: TUD

Gianaurelio Cuniberti. Abb.: TUD

Vorbild Gehirn: Rechenwerke ändern selbstständig ihre Struktur

Im Projekt „SYMONE“ sollen sich Nanoelemente – zum Beispiel auf Goldbasis – durch maßgeschneiderte und sehr komplexe Moleküle selbstständig so verknüpfen, wie es auch Neuronen im Gehirn tun. Sie sollen dadurch flexibel auf anstehende Aufgaben reagieren können und sich bei Bedarf umgruppieren. „Denken Sie an ein Labyrinth-Rätsel“, gibt Dr. Rafael Gutierrez vom Cuniberti-Lehrstuhl ein Beispiel. „Um einen Weg herauszufinden, könnte das System bei der Informationsverarbeitung Pfade bei Bedarf abriegeln oder öffnen.“

Da auf Partikeln bestehend, die nur wenige Millionstel Millimeter (= Nanometer) klein sind, könnten solche nichtlinearen Systeme zu deutlich höher integrierten Computern führen als in der heutigen Halbleitertechnologie. Durch ihre Neuronen-ähnliche Vernetzung und selbstständige Neuorganisation könnten sie viele Rechenaufgaben auch schneller lösen.

Quantenzell-Automaten sollen Stromverbrauch von Computer drastisch senken

Im Projekt „MOLARNET“ wiederum sollen Informationen in QZA elektrostatisch abgespeichert werden, so dass – anders als in heutigen Massenmarkt-Speichern – kein Stromfluss mehr nötig ist, um die Daten zu erhalten. Auch hier sind recht komplexe Metall-Moleküle als elementare Bausteine vorgesehen, die man dann nach dem „SYMONE“-Ansatz vernetzen könnte.

So etwa stellen sich die Forscher eine Rechnerhierarchie vom selbstorganisierenden Netz zum Bauelement auf der Leiterplatte vor. Abb.: TUD

So etwa stellen sich die Forscher eine Rechnerhierarchie vom selbstorganisierenden Netz zum Bauelement auf der Leiterplatte vor. Abb.: TUD

Um zum Beispiel die binären Zahlen „0“ oder „1“ zu speichern und sich diese Informationen zu „merken“, müsste hier kein Strom wie in herkömmlichen Computern fließen, sondern der Zustand jeder Datenzelle würde von dem der umliegenden Zellen per elektrostatischer Wechselwirkung abhängen. Damit wäre auch ein Problem der heutigen Siliziumtechnologie gelöst, die mit dem Problem kämpft, dass bei fortschreitender Miniaturisierung immer kleinere Bauelemente starke Ströme und dadurch auch wachsende Abwärmeverluste verkraften müssen, betonte Gutierrez.

Beide Projekte sind auch Teil des Exzellenzclusters „Center for Advancing Electronics Dresden“ (CfAED) der TU Dresden. Beteiligt sind neben den Dresdnern auch Forscher aus Schweden, Israel, Italien, Frankreich, Irland und der Schweiz. Sie starten beide im September und sind auf drei beziehungsweise vier Jahre ausgelegt. Heiko Weckbrodt

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