Der erste Quantencomputer rechnet seit 14 Milliarden Jahren
Seite 2: Die Rechenkraft von einem Kilogramm Gartenerde
Der Physiker vom Massachusetts Institute of Technology sagt uns auch, wie viel Rechenpower ganz banale Materie hat, etwa Erde auf dem Feld. Ein Laptop wog zu der Zeit, als Lloyd die physikalischen Grenzen der Rechenkraft abschätzte, etwa ein Kilogramm. Deshalb betrachtete er ein Kilogramm gewöhnlicher Materie und nannte es: das ultimative Laptop.
Die zur Verfügung stehende Energie bestimmt das Tempo, in dem Information verarbeitet werden kann. Ein energiereiches Elektron reist schneller von hier nach dort und schaltet somit sein Bit schneller um als ein energiearmes.
Das ultimative Laptop nutzt die gesamte in einem Kilo Gartenerde steckende Energie, um einzelne Bits zu schalten. Gemäß Einsteins Formel E = mc2 ist das sehr viel Energie, etwa so viel wie bei der Explosion einer Wasserstoffbombe frei wird. Was für ein Gehäuse das ultimative Laptop einmal haben soll, ist deshalb schleierhaft. Jedenfalls ermöglicht diese Energiemenge ein Rechentempo von 1051 Operationen pro Sekunde. Es hätte somit eine Taktfrequenz von 100 Giga-Gigahertz. Zum Vergleich: Derzeit basteln Forscher an so genannten Exa-Scale-Supercomputern, den größten Superrechnern der Welt. Diese werden eine Milliarde Mal eine Milliarde Rechenoperationen pro Sekunde ausführen. Das ultimative Laptop wäre etwa eine Milliarde Milliarde Milliarde Mal schneller (und würde keine ganze Etage füllen). Wenn das Moore’sche Gesetz konstant weiter gelten würde wie bisher, dann würde so ein Laptop Anfang des 23. Jahrhunderts zur Verfügung stehen, rechnete Lloyd 2006 aus.
Seine Speicherkapazität würde auch alles bislang Dagewesene in den Schatten stellen. Jedes einzelne Teilchen im ultimativen Laptop speichert Information. Ein Kilo Materie enthält wahnsinnig viele Atome, zig Millionen Mal mehr als Sekunden seit dem Aussterben der Dinosaurier vergangen sind. Diese wiederum bestehen aus Hunderten Elementarteilchen, die alle Information erfassen. Insgesamt kommt man so auf eine Speicherkapazität von 10.000 Milliarden Milliarden Milliarden Bits. Laut Lloyd mehr Information, als 2006 auf allen Festplatten der Welt gespeichert war.
Schon ein Kilogramm des Universums leistet also Unbegreifliches. Lloyd hat die Eckdaten des ultimativen Laptops auf das gesamte beobachtbare Universum hochgerechnet, wobei noch sehr viel unbegreiflichere Zahlen herauskommen (eine Eins mit 122 Nullen für die Anzahl der Operationen pro Sekunde und eine Eins mit 92 Nullen für die Anzahl der Bits, also die Speicherkapazität). Man bedenke nur, dass allein die Erde - ein winziges Staubkorn im All - mehr als eine Milliarde Milliarde Kilogramm schwer ist. Die Rechenkapazität des ultimativen Laptops verglichen mit der des Universums ist wie ein Fliegenschiss gegen das ganze Sonnensystem.
Wozu rechnet ein Mann die Rechenkapazität des Universums aus, möchte man fragen. Nutzen wird man sie eh nie können. Auch das ultimative Laptop ist ein reines Gedankenexperiment. Wie soll man denn bitte die Wucht einer explodierenden Wasserstoffbombenexplosion so weit kontrollieren, dass sie einem etwas Sinnvolles ausrechnet? Auch wenn Wissenschaftler sich ernsthaft überlegen, wie man Schwarze Löcher als Computer einsetzen könnte (siehe Kasten: "Rechnen mit Schwarzen Löchern"): Das Ganze läuft eher unter "Kosmologie" denn unter "Design künftiger Rechnergenerationen".
Rechnen mit Schwarzen Löchern
Das ultimative Laptop würde ähnlich arbeiten wie das Gehirn, das Information parallel verarbeitet (jede Nervenzelle agiert als eigener Prozessor). Denn die Bits schalten schneller als sie miteinander kommunizieren können. Würde das eine Kilogramm jedoch so weit komprimiert, dass ein Schwarzes Loch entsteht, dann würden die Bits schneller schalten als das Licht für die Durchquerung des Schwarzen Loches bräuchte. Das heißt, dass die Bits während des Rechenvorgangs Information austauschen könnten.
Ein Schwarzes Loch wäre also kein schlechter Computer. Man könnte Materie hineinwerfen, die codierte Information enthält, und das Schwarze Loch rechnen lassen. Das Ergebnis könnte über ein Teilchenpaar hinausgelangen, das spontan am Rand des Schwarzen Lochs entsteht. Eines der verschränkten Teilchen fällt hinein, das andere entkommt. Das hineingefallene Teilchen verschränkt sich wiederum mit der codierten Materie. Diese Menage à trois kann nun das Ergebnis an das freie Teilchen teleportieren. Das Ergebnis wird dadurch ausgelesen.
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