Wie schnell werden Computer?

Helmholtz-Challenge zum 24. Dezember

Testreihen, Bewegungsmuster, Klimawerte: Weltweit wächst die Menge digitaler Daten rasant. In ihnen verbirgt sich ein wertvoller Schatz an Wissen. Wir wollen ihn heben – mithilfe vollkommen neuer Rechensysteme.

Wie verändert sich das Klima in den kommenden Jahrzehnten? Wann werden autonome Fahrzeuge Realität? Und wie breiten sich Krankheiten in der Bevölkerung aus? Fragen wie diese können wir heute so präzise beantworten wie nie zuvor – dank gewaltiger Datenmengen, die weltweit gesammelt und gespeichert werden.

Mittlerweile aber ist die digitale Datenflut so enorm, dass unsere heutigen Rechensysteme sie kaum noch bearbeiten können. Viele wertvolle Informationen erkennen unsere Computer deshalb nicht oder sie verbrauchen dabei extrem viel Energie.

Deshalb entwerfen wir den Computer neu: Vier Helmholtz-Zentren bündeln dafür ihre Kräfte im Forschungsbereich „Information“. Die Wissenschaftler:innen dort untersuchen, wie sich  Daten am besten erfassen, verarbeiten und übertragen lassen.

Sie setzen dabei auf radikal neue Rechnersysteme: So entwickeln wir zum Beispiel Netzwerke, die sich am Vorbild des menschlichen Gehirns orientieren oder Microchips, die nach dem Prinzip von Synapsen funktionieren. Gemeinsam mit anderen Forscher:innen weltweit treiben wir zudem auch die Forschung an Quantencomputern maßgeblich voran. Diese Rechner werden um ein Vielfaches schneller und komplexer arbeiten können als bisher bekannte Modelle.

Aber auch die Datenanalyse verfeinern wir, etwa durch optimierte Methoden des maschinellen Lernens und durch den Einsatz künstlicher Intelligenz. Außerdem simulieren wir Angriffe auf digitale Netzwerke, um mögliche Schwachstellen darin zu entdecken und Schutzmechanismen zu entwickeln.

Die neue Rechnergeneration wird sich also nur zum Teil auf bewährte Technologien stützen können. Deshalb widmen wir uns auch der Materialforschung intensiv: In unseren Laboren entstehen zum Beispiel neue Sensoren und Membranen, die Daten mit bislang ungeahnter Präzision erfassen. Dafür designen wir sie passgenau bis hinunter auf die Ebene einzelner Moleküle.

Computer werden so zu einem noch wichtigeren Werkzeug der Wissenschaft – quer durch alle Disziplinen.