Zukunft und Computer

Michael Strasser

Robin Molatte

Bünyamin Kasalak

Johannes Giarra

Aufbau eines Computers

Quantencomputer

Mensch-Computer in der Zukunft

Gliederung

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

„Verdopple die Anzahl der Einsen, wobei ein Leersymbol in der Mitte stehen bleibt“

Anfangsbedingung: Der Schreibkopf befindet sich auf der ersten 1. Anfangszustand s1Zahl 1

Endbedingungen:Endzustand s6

Beispiel für eine Turing Maschine

Überführungsfunktion

Schritt Zustand

Lese Schreibe

Zustand neu

Lesekopf

1 s1 100 000 s2 R

2 s2 000 000 s3 R

3 s3 000 001 s4 L

4 s4 001 001 s5 L

5 s5 001 101 s1 R

6 s1 101 101 s6 0=halt

Arbeitsschritte

Ausgabe = 101

Vergleich Computer- Turing Maschine

Inhalt

• Einführung in die Quantenphysik

• Anwendungen der Quantenmechanik

• Ein Computer

• Quantenalogrithmen

• Praktischen Umsetzung

• Ausblick

Verschränkung: Superposition:

Zeit unabhängige Reaktion zweier Teilchen

Informationstragende Eigenschaften

QUANTENMECHANIK

QuantenmechanikÜbertragung von zwei Bits:

1. Sender und Empfänger

besitzen ein verschränktes Bit

2. Sender misst 2 Bits

3. Empfänger misst das

verschränkte Bit

QuantenmechanikQuantenkryptographie:

Messung verändert das Signal und macht es somit unbrauchbar

Ein ComputerQuanten-Bits:

• Zustände:

• Register: n Qubits

• Zwei Qubits: >0, >1, >2,

>3

• Wahrscheinlichkeit:

• Anordnung in Gattern

Quantenalgorithmen

 f

Praktische UmsetzungIonenfalle:

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

In Zukunft engere Bindung zu Computern

Sogar Verschmelzung möglich

Schon heute begleiten uns Rechner (Ipod etc.)

Mensch-Computer in der Zukunft

Tragbare Computer Brillen mit eingebautem Bildschirm (Privat

Eye)

Wearables

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

- Insulinpumpe verabreicht Insulin

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

Augmented Reality

Exoscelette

Wurde fürs Militär entwickelt

Übermenschliche Kraft

Muskeln werden durch Motoren unterstützt

Auch für Altersschwache Personen eine Chance

Myoelektrische Prothesen

Prothese wird durch „Willen“ bewegt

Signalaustausch Zwischen Nerven und Prothese

Fühlen möglich (heiß,kalt,feuscht,trocken …)

Steuerung der eigenen Beine (Roland Lew)

Intelligente Ersatzteile (Neurobionik)

Durch Verknüpfung Elektronik-Hirn vieles möglich

Gehörloses Hören

Sehen ohne Augen

Erweiterung der Sinnesgrenzen

Wellenleiter

Übertragung von elektromagnetischen Wellen

Anwendungsbereiche Hochgeschwindigkeits Datenübertragung Medizin Messtechnik

Allgemeines

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

Geschichte der Glasfaser

1966 Optimierung der Wellenleitertechnik durch Charles Kuen Kao, Willard Boyle und George

E. Smith => 2009 Physik Nobelpreis

Þ 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:1. Kern: Glas mit hoher Brechzahl (n = 1,48; d = 100 µm)2. Mantel: Glas niedrigerer Brechzahl (n = 1,46; d = 140µm)=> Totalreflexion beim Übertritt von Kern zu Mantel

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

Herstellung

Realisierte FernübertragungssystemeGlasfaser:

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

Heutiger Anwendungsstand

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

Vorteile / Nachteile