Michael Strasser Robin Molatte Bünyamin Kasalak Johannes Giarra Zukunft und Computer Michael Strasser Robin Molatte Bünyamin Kasalak Johannes Giarra

Gliederung Aufbau eines Computers Quantencomputer Mensch-Computer in der Zukunft

Computer Michael Strasser

Aufbau Logische Gatter ( UND , NICHT , ODER , KOPIERE ) Mathematische Grundfunktionen ausführbar (Add ; Sub ; Mul ; Div ) Grundlage für komplexe Operationen

Turing Maschine Bestehend aus: Speicherband, in Felder unterteilt Lese-/ Schreibkopf Rechenwerk

Beispiel für eine Turing Maschine „Verdopple die Anzahl der Einsen, wobei ein Leersymbol in der Mitte stehen bleibt“ Anfangsbedingung: Der Schreibkopf befindet sich auf der ersten 1. Anfangszustand s1 Zahl 1 Endbedingungen: Endzustand s6

Überführungsfunktion

Arbeitsschritte Schritt Zustand Lese Schreibe Zustand neu Lesekopf 1 100 000 s2 R 2 s3 3 001 s4 L 4 s5 5 101 6 s6 0=halt Ausgabe = 101

Vergleich Computer- Turing Maschine

Inhalt Einführung in die Quantenphysik Anwendungen der Quantenmechanik Ein Computer Quantenalogrithmen Praktischen Umsetzung Ausblick

Zeit unabhängige Reaktion zweier Teilchen Quantenmechanik Verschränkung: Superposition: Zeit unabhängige Reaktion zweier Teilchen Informationstragende Eigenschaften

Übertragung von zwei Bits: Quantenmechanik Übertragung von zwei Bits: Sender und Empfänger besitzen ein verschränktes Bit Sender misst 2 Bits Empfänger misst das verschränkte Bit

Quantenkryptographie: Quantenmechanik Quantenkryptographie: Messung verändert das Signal und macht es somit unbrauchbar

Ein Computer Quanten-Bits: Zustände:+ 1 2 ;− 1 2 ; ± 1 2 Register: n Qubits Zwei Qubits: >0, >1, >2, >3 Wahrscheinlichkeit: 1 4 Anordnung in Gattern

Quantenalgorithmen  f

Praktische Umsetzung Ionenfalle: Kernspinresonanz: Hochvakuum bei 0 Kelvin Anregung durch LASER Max. 10 Qubits  

Ausblick Keine Ablösung des klassischen PC Bisher keine Ansätze zum Erreichen der Praxistauglichkeit Revolutionierung in Simulation- und Molekulartechnik Egalisierung von Verschlüsselsungsverfahren

Mensch-Computer in der Zukunft In Zukunft engere Bindung zu Computern Sogar Verschmelzung möglich Schon heute begleiten uns Rechner (Ipod etc.)

Wearables Tragbare Computer Brillen mit eingebautem Bildschirm (Privat Eye)

Wearables überwachen Patienten Bsp Diabetes - Computer überprüft und zeigt insulinwert an - Insulinpumpe verabreicht Insulin

Augmented Reality Virtualität und Realität verschwimmen Wearables „füttern“ uns ständig mit Informationen Computer wird unbewusst wahrgenommen Brillen mit Bildschirm und (MIT) (Steve Mann) Brille mit Möglichkeit zur Bearbeitung des Gesehenen

Exoscelette

Wurde fürs Militär entwickelt Übermenschliche Kraft Muskeln werden durch Motoren unterstützt Auch für Altersschwache Personen eine Chance

Intelligente Ersatzteile (Neurobionik) Myoelektrische Prothesen Prothese wird durch „Willen“ bewegt Signalaustausch Zwischen Nerven und Prothese Fühlen möglich (heiß,kalt,feuscht,trocken …) Steuerung der eigenen Beine (Roland Lew)

Durch Verknüpfung Elektronik-Hirn vieles möglich Gehörloses Hören Sehen ohne Augen Erweiterung der Sinnesgrenzen

Wellenleiter

Allgemeines Übertragung von elektromagnetischen Wellen Anwendungsbereiche Hochgeschwindigkeits Datenübertragung Medizin Messtechnik

Geschichte der Glasfaser 1870 Lichtstrahl gezielt durch einen Wasserstrahl geschickt => Suche nach geeigneten Übertragungsmedien 1950 Erste Anwendung in der Medizin (Beleuchtung) 1960 Entwicklung des ersten Lasers => entsprechende Strahlungsleistung bzw. Strahlungsdicht 1965 Erstes Lichtwellenleitersystem: Laserdiode -> Glasfaser -> Fotodiode

1966. Optimierung der Wellenleitertechnik durch 1966 Optimierung der Wellenleitertechnik durch Charles Kuen Kao, Willard Boyle und George E. Smith => 2009 Physik Nobelpreis Stetige Weiterentwicklung 2009 Weltrekord: Strecke von 580 km wurde mit 320 Kanälen (je 114 Gbits/s) mit einer gesamt Bandbreite von 32 Tbit übertragen.

Aufbau Glasfaser besteht aus zwei Teilen: Kern: Glas mit hoher Brechzahl (n = 1,48; d = 100 µm) Mantel: Glas niedrigerer Brechzahl (n = 1,46; d = 140µm) => Totalreflexion beim Übertritt von Kern zu Mantel

Herstellung Dünnes Quarzglasrohr wird erhitzt und mit einem Gas (GeCl4) durchflutet Gas setzt sich auf der Innenseite ab und erhöht Brechungsindex Weiteres erhitzen und verstrecken des Glasrohres => Rohr kollabiert zu massiver Zylinder Form

Heutiger Anwendungsstand Realisierte Fernübertragungssysteme Glasfaser: Bitraten von 2,5 Gbit/s mit Abständen der Zwischenverstärker von bis zu 120 km Kupferkoaxialkabel: Bitraten von ~ 100 Mbit/s mit Abständen der Verstärker von 1,5 bis 8 km

Vorteile / Nachteile Hohe Übertragungsrate bei niedrigen Verlusten Hohe Reichweite Keine Beeinflussung durch nahe E/M –Felder Wesentlich leichter und platzsparender als gewöhnliche Kupferkabel Bruchgefahr bei zu großer Biegung Empfindlich gegenüber mechanischer Belastung Hoher technischer Aufwand