10 hoch 50 Rechenschritte pro Sekunde

Seth Loyd, Professor am MIT Department of Mechanical Engineering, hat in "Ultimative physical limits to computation" (Nature vom 31. August 2000) den mächtigsten Laptop beschrieben, der auf der Grundlage der physikalischen Gesetze möglich wäre. Seth will mit seinem Ansatz die Grenzen des Möglichen erkunden - unabhängig davon, wie ein Computer konkret gebaut sein würde und ob man ihn jemals bauen könnte.

Um sich diesen absoluten Grenzen anzunähern, ging er von der Größe, der Geschwindigkeit und der Speicherkapazität seines Laptops mit 10¹⁰ Rechenschritten pro Sekunde und 10¹⁰ Bits Speicherkapazität aus, der einen Kubikdezimeter Raum einnimmt und etwa ein Kilo wiegt. Aufgrund der Einsteinschen Speziellen Relativitätstheorie und der Annahme, man könne jedes Teilchen des Laptops in Energie verwandeln, kommt Seth nach der Gleichung E=mc² auf eine maximal zur Verfügung stehenden Energie von 8,9874 x 10¹⁶ oder 25 Millionen Megawattstunden, was der Energie gleicht, die alle Atomkraftwerke der Welt innerhalb von 72 Stunden an Energie erzeugen. Auf der Basis der Quantenmechanik berechnete Lloyd dann die Höchstgeschwindigkeit, in der die winzigen subatomaren Schalter zwischen 1 und 0 hin und her schalten können. Dabei kommt man dann angeblich auf 5,4258 x 10⁵⁰ Rechenschritte pro Sekunde.

Bei der Speicherkapazität nahm Lloyd auch wieder an, dass alle Teilchen dazu benutzt werden können, Informationen in Form von 1 und 0 zu speichern. Für eine maximale Speicherkapazität müssten alle Teilchen so viele verschiedene Zustände wie möglich hinsichtlich des Spin, der Geschwindigkeit oder der Richtung einnehmen können. Das aber hieße, der Speicher müsste sich im Zustand maximaler Entropie befinden, da die Speicherkapazität für Informationen mit der Zahl der möglichen Zustände eines Objekts steigt. Im Fall des "ultimativen Laptops" entspreche die maximale Entropie von 2,04 x 10⁸ JK^-1 einer Speicherkapazität von 2,13 x 10³¹ Bits: "Ein typischer Zustand des Speichers des ultimativen Laptops sieht wie ein Plasma bei einer Milliarde Grad Kelvin aus - wie eine thermonukleare Explosion oder ein kleines Stück vom Urknall!"

Wenn man allerdings das Mooresche Gesetz einfach in die Zukunft verlängern würde, dann wäre der "ultimative Computer", der 10⁵¹ Rechenschritte pro Sekunde mit 10³¹ Bits ausführt, eigentlich gar nicht mehr so weit entfernt. In nur 250 Jahren gäbe es dann diesen Laptop, ausgehend von Lloyds gegenwärtigem Computer, der 10¹⁰ Rechenschritte pro Sekunde mit 10¹⁰ Bits ausführen kann.

Mehr in Telepolis: Ein Stück Urknall: die Eigenschaften des ultimativen Laptops. (fr)