Forscher entwickeln völlig neuartigen Computer

Mathematik, Kunst, Fraktal Bildquelle: J.Gabás Esteban / Flickr
Ein völlig neues Prinzip, Information zu verarbeiten, haben Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Dynamik und Selbstorganisation (MPIDS) in Göttingen entwickelt. Der von ihnen entwickelte "Complex Network Computer" könnte heutigen Rechnern eines Tages Konkurrenz machen, teilten die Forscher mit.
Voraussetzung ist ein System schwingender Elemente wie etwa Laser, die mit einander wechselwirken können. Die Forscher konnten zeigen, dass sich die charakteristische Dynamik eines solchen Systems nutzen lässt, um sämtliche logische Operationen auszuführen. Einige Aufgaben wie etwa das grobe Sortieren von Zahlen löst der Complex Network Computer sogar schon deutlich schneller als der konventionelle. In einem ersten Schritt konnten die Forscher zudem einen Roboter nach dem neuen Prinzip programmieren.

"Völlig anders als bei der klassischen Informationsverarbeitung auf dem PC beruht unser neues Konzept nicht auf einem binären System aus Nullen und Einsen", erklärte Marc Timme, Leiter der Forschungsgruppe Netzwerk-Dynamik am MPIDS. Als Grundbausteine des Rechners sind zudem prinzipiell alle Systeme denkbar, die schwingen können. "Das einfachste Beispiel ist ein Pendel", so Timme.

Doch auch bestimmte Stromkreise, deren Bauteile die elektrische Ladung rhythmisch unter einander austauschen, oder Laser können in übertragenem Sinne schwingen. Stehen mehrerer solcher Grundbausteine miteinander in Verbindung - wie etwa mehrere Pendel, die über eine Feder miteinander gekoppelt sind - zeigen sie ein spezielles dynamisches Verhalten, das sich zum Verarbeiten von Daten nutzen lässt.

Schlüssel zu diesem Verhalten sind so genannte Sattelpunkte. Gemeint sind Zustände des Gesamtsystems die in mancher Hinsicht stabil, in anderer instabil sind. "Man denke sich etwa eine Kugel, die in der Mulde eines tatsächlichen Sattels ruht", erklärt Timme. Lenkt man diese Kugel exakt parallel zum Pferderücken aus, rollt sie zuverlässig in die Mulde zurück. Der Ausgangszustand ist gegenüber dieser Art von Störung stabil. Wird die Kugel jedoch senkrecht zum Pferderücken angestoßen, zeigt sich ein völlig anderes Bild: Die Kugel fällt herunter; der Zustand ist instabil.

Allgemein bilden in Systemen gekoppelter schwingender Elemente solche Sattelpunkt-Zustände eine Art Netzwerk. Als Reaktion auf eine äußere Störung, die einen bestimmten Sattelpunkt-Zustand destabilisiert, geht das Gesamtsystem in einen anderen Sattelpunkt-Zustand über. Welchen Weg sich das System in diesem Netz möglicher Zustände tatsächlich bahnt, hängt von der Art der Störung ab.

"In unserem Konzept fassen wir jede Störung als Eingangssignal auf, das aus mehreren Teilsignalen zusammengesetzt sein kann", so Fabio Schittler Neves vom MPIDS. Jedes Teilsignal spricht eines der schwingenden Elemente des Gesamtsystems an. Im Fall einer Gruppe gekoppelter Pendel etwa entspricht ein Teilsignal somit einem kleinen Schubs, den ein einzelnes Pendel erhält. Das Verhältnis der Stärken dieser Teilsignale gibt dann den Ausschlag, welchem neuen Sattelpunkt-Zustand das System zustrebt.

Das Eingangssignal bestimmt somit einen ausgesuchten Weg durch das Netzwerk der Sattelpunkte. Der eingeschlagene Pfad entspricht dem Ergebnis der Rechnung. "Der Zustand, den das System so annimmt, erlaubt Rückschlüsse auf das Größenverhältnis der einzelnen Teilsignale", so Timme. "Es ist eine Art Sortieren nach Größe."

In ihrer jüngsten Veröffentlichung konnten die Forscher nun zeigen, dass sich auf dieser Fähigkeit eine komplette Logik aufbauen lässt: Alle logischen Operationen - wie etwa Addition, Multiplikation und Verneinung - lassen sich so darstellen. Doch während beim klassischen Computer ein Bauteil eine bestimmte logische Operation wie beispielsweise eine Addition ausführt, findet im Fall des Complex Network Computers die Operation gleichzeitig im gesamten Netzwerk statt.

Dadurch können bereits relativ kleine Systeme eine unglaublich große Vielzahl möglicher Operationen ausführen: Während mit fünf schwingenden Elementen lediglich zehn verschiedene Systemzustände erreicht und somit zehn verschiedene Rechnungen ausgeführt werden können, ergeben sich für 100 Elemente bereits 5 x 10^20. Diese Anzahl entspricht dem 10.000-fachen aller Buchstaben in allen Büchern in allen Bibliotheken der Welt. Mathematik, Kunst, Fraktal Mathematik, Kunst, Fraktal J.Gabás Esteban / Flickr
Diese Nachricht empfehlen
Kommentieren42
Jetzt einen Kommentar schreiben


Alle Kommentare zu dieser News anzeigen
Kommentar abgeben Netiquette beachten!

Jetzt als Amazon Blitzangebot

Video-Empfehlungen

WinFuture Mobil

WinFuture.mbo QR-Code Auch Unterwegs bestens informiert!
Nachrichten und Kommentare auf
dem Smartphone lesen.

Folgt uns auf Twitter

WinFuture bei Twitter

Interessante Artikel & Testberichte

WinFuture wird gehostet von Artfiles

Tipp einsenden