14.11.2000, 11:20 Uhr
Wüstenflächen zu Oasen - Roggenfaserplatte aus Getreideinstitut in
Bergholz-Rehbrücke erfolgreich in Golfregion getestet --Von ddp-Korrespondent Manfred Rey-- (mit Bildern)=Bergholz-Rehbrücke (ddp-lbg). Auf der Brandenburg-Karte im Arbeitszimmer von Peter Kretschmer stecken 22 kleine Pins. «Das sind unsere potenziellen Produktionsstandorte für die ROFA-Platte», sagt der Geschäftsführer des Instituts für Getreideverarbeitung (IGV) in Bergholz-Rehbrücke bei Potsdam. Die vier Buchstaben ROFA stehen für Roggenfasern, die schon bald ein umsatzstarker Exportschlager aus Brandenburg werden könnten. Bei einem Versuch zum Gras- und Getreideanbau in den Vereinigten Arabischen Emiraten stellten Experten der Platte beste Noten aus.


(c) ddp
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Materialforschung - 3DPE - ein ganz besonderer Kunststoff - (Meldung vom 25.1.2000)
Zehn mal so stark wie Stahl und mit einzigartigen elektrischen Eigenschaften - das ist ein neues Kunststoff-Material aus Fasern der Firma PolyEitan, einer Tochter des Technion- Israel Institute of Technology in Haifa. Das Material hat den Preis für das Beste Projekt des Jahres 1999 der Binationalen Forschungs- und Entwicklungsstiftung (BIRD) zwischen den USA und Israel gewonnen. Das neue Material heißt 3DPETM und besteht aus Polyethylen mit so genannten ultra hohen Molekulargewichten (UHMWPE). Das ist eine Form von Plastik, in der sich Hunderte und Tausende von Atomen zu langen Ketten zusammenfinden. Als Faser ist es schon 15 Jahre bekannt, PolyEitan aber hat es erstmals zu einem festen Stoff verarbeitet (bdw-News-Ticker vom 24.1.2000). Die Wissenschaftler haben sich die vereinten Effekte von Temperatur, Druck, Spannung und chemischen Stoffen zunutze gemacht, um die Fasern zu verbinden und so ein sehr starkes Material zu bilden. Der Prozess lässt die äußeren Fasern aufquellen. Sie bilden dann eine strauchartige Struktur, die an ähnlichen Strukturen hängen bleibt. Wenn die Fasern sich verfestigen, sind sie durch die verfangenen Zweige fest aneinander gebunden. Diese Form nennen die Physiker Kompositmaterial. Es besteht aber nur aus einer einzigen chemischen Substanz. 3DPE lässt elektromagnetische Strahlung mit sehr hohen Frequenzen durch. Für neue Generationen der drahtlosen Kommunikation werden diese Frequenzen immer wichtiger. Das macht 3DPE zu einem begehrten Material für Schaltkreise in elektronischen Geräten wie drahtloser Ausrüstung für Hochgeschwindigkeitskommunikation oder in Mikrowellengeräten. Außerdem ist das Material sehr stark für sein geringes Gewicht. Das macht es interessant für Radaranlagen. Dort sind Techniken, in denen weniger Material verbaut wird, gefragt. 3DPE kostet zudem weniger als andere Kompositmaterialien wie zum Beispiel Teflon-Glas. Auch im menschlichen Körper könnte es bald eingesetzt werden. Weil es extrem viel aushält, könnte es die Oberfläche künstlicher Gelenke umhüllen. Der Körper stößt es nicht ab und das Material arbeitet gut mit den körpereigenen Geweben zusammen. Als leichtes und starkes Material, könnte es in Sicherheitshelmen und Hochsicherheitsautos das Leben der Menschen beschützen. Yachin Cohen, Gründer von PolyEitan und Associate Professor für Chemical Engineering am Technion-Institut meint: "Das neue Material wird aus einer einzigen chemischen Masse gefertigt und hat sehr viel bessere Eigenschaften." Eitan heißt auf hebräisch übrigens stark.

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KYBORGANISCH

17.04.2000
Organische Moleküle als Chip-Beschleuniger
Anbindung organischer Moleküle an Siliziumoberflächen erweitert Möglichkeiten konventioneller Chips | Hundert Billionen Operationen pro Sekunde möglich | Fusion von Siliziumtechnologie und molekularer Elektronik mit großem Potenzial

Forscher der Universität Illinois haben organische Moleküle erfolgreich an spezifischen Stellen an Siliziumoberflächen gebunden. Die präzise Manipulation von Molekülen auf atomarem Niveau stellt einen wichtigen Schritt auf dem Weg zur Fusion von molekularer Elektronik und Siliziumtechnologie dar.

"Die Halbleiterindustrie stößt schon jetzt an die Grenzen der Siliziumtechnologie", beschreibt Joseph Lyding, Professor für Elecrtrical and Computer Engineering der Universität Illinois die Herausforderung. "Wir arbeiten intensiv an einer Verbindung bestehender und zukünftiger Technologien zur Lösung dieses Problems."

Aktivierung von Siliziumoberflächen
Um Moleküle selektiv an eine Siliziumoberfläche zu binden, mussten Professor Lyding und seine Studenten Hersam und Guisinger die Siliziumbindungen mittels Wasserstoff deaktivieren. Dazu verwendeten sie ein Ultra-Hoch-Vakuum-Raster-Tunnelmikroskop, um die individuellen Silizium- Wasserstoff- Bindungen aufzubrechen und die Wasserstoffatome von spezifischen Stellen zu entfernen. Original Press Release der Universität Illinois

Hoch effektive Bindungsstellen
"Wir nutzten den Vorteil der verschiedenen chemischen Reaktionsweisen von reinem und wasserstoffgebundenem Silizium", beschreibt Forschungsassistent Hersam. Durch die Beseitigung der Wasserstoffatome enstanden in der Siliziumoberfläche winzige Löcher. Diese dienten als hoch effektive Bindungsstellen, an denen sich Moleküle spontan selbst anordneten.

Feedback-kontollierte Lithographie
Feedback-kontollierte Lithographie gibt dem Musterenstehungsprozess der Moleküle an der nackten Siliziumoberfläche die atomare Präzision. Diese Methode überwacht das Mikroskop-Feedbacksignal sowie den Tunnelstrom während der Musterenstehung und beendet diesen Prozess augenblicklich, sobald eine molekulare Bindung aufbricht. Durch die Feedback-Kontrolle des Mikroskopes konnte eine kleine, definierte Menge an Elektronen lokal die Oberfläche des Siliziums deaktivieren und so eine Vorlage schaffen. Nanostruktur-Forschung am Beckman-Institut

Die Forscher demonstrierten die Machbarkeit ihrer Methode an drei verschiedenen organischen Molekülen. Diese haben im Vergleich zu anorganischen Molekülen wie Silizium den großen Vorteil, dass deren Endgruppen für potenzielle elektronische Schaltkreise funktioneller aufbereitet werden können.

Hundert Billionen Operationen pro Sekunde
"Es scheint jetzt möglich, molekulare Anordnungen und Schalterelemente zu bauen, die hundert Billionen Operationen pro Sekunde verarbeiten", sieht Professor Lyding die Zukunft molekularer Schaltkreise. Department of Electrical & Computer Engineering der Universität Illinois

Einige Kommtare dazu

g*vor 11h 46min War heute zufällig auf einem Flohmarkt. Dort wurden ein paar alte PC's verkauft. Man denkt sich: Die schaun aber alt und hässlich aus, was für ein Schaß! Aber in 20-30 jahren werden sich die Leute denken, was hab'n die damals in den ersten Jahren des 21 Jhdt. für Kisten aufgestellt. Heute haben wir das alles in Stecknadelkopfgröße und noch dazu 10000000 mal schneller! Dazu tragt dieser nette neue Chip sicher bei!

noch so lang?! skawars, vor 10h 37min glaubst wirklich, dass das noch 20-30 Jahre dauern wird?! ...

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Quantencomputer - Mit Qubits ins nächste Jahrtausend?

Der Quantencomputer verspricht noch nie dagewesene Geschwindigkeiten. von Marc M. Groz
Vor 50 Jahren waren für die Erfinder des Digitalrechners die Rechenkraft und die kleine Größe der heutigen digitalen Geräte unvorstellbar. Aber wenn die jetzt an der Quantenberechnung arbeitenden Physiker, Mathematiker und Computerwissenschaftler erfolgreich sind, dann könnten wir in den kommenden Jahrzehnten einen ebenso beeindruckenden technischen Wandel erleben. Auch wenn sie erst am Anfang ihrer Entwicklung stehen, versprechen Quantencomputer einen fundamentalen Durchbruch im Bereich der Rechenkraft. Sie betreten einen Bereich, den Mathematiker als "hard problems" bezeichnen - und übertreffen dabei alles, was die heutigen Computer innerhalb eines sinnvollen Zeitraums lösen können. Quantencomputer arbeiten mit einer völlig unterschiedlichen Art der Berechnung, die aus dem quantenmechanischen Wesen der physischen Realität abgeleitet wird. Wissenschaftler beschreiben die Quantencomputer in der Sprache der Quantenmechanik. Die kleinste Informationseinheit ist das quantum bit (qubit). Qubits arbeiten nicht in der binären an/aus Weise. Statt dessen existieren sie gleichzeitig in vielfachen Formen, und können so vielfache Berechnungen parallel verarbeiten.

Wellenverhalten

Neben der Parallelität bieten Quantencomputer einen weiteren Vorteil: Sie nutzen das quantenmechanische Prinzip der Überlagerung. Qubits interagieren wie Wellen, wobei die in-phase Qubits verstärkend und die out-of-phase Qubits annullierend wirken. Quantenalgorithmen (Programme, die mit Qubits rechnen und auf einem Quantencomputer laufen) nutzen dieses wellenähnliche Verhalten: Probleme werden so dargestellt, daß die richtigen Antworten verstärkt und alle falschen Antworten annulliert werden. Deshalb können mit Qubits erheblich mehr Informationen dargestellt werden als mit klassischen Bits. Bei manchen Problemen kann die Rechengeschwindigkeit dadurch exponentiell schneller sein.

Damit Quantencomputer funktionieren, müssen zwei Bedingungen erfüllt werden: Es müssen Algorithmen geschaffen werden, welche die "Eigenheiten" der Quanten positiv nutzen können, und es müssen Computer gebaut werden, die diese Algorithmen ausführen können. Die erste Bedingung wurde tatsächlich vor drei Jahren erfüllt: Peter Shor von den AT&T-Entwicklungslabors schuf einen Quantenalgorithmus, der Integers ausmultipliziert. Angeblich soll er exponentiell schneller als jeder klassische Algorithmus arbeiten. Shors Ergebnis hat ziemlichen Wirbel in der Welt der Kryptographie verursacht, denn ein solcher Algorithmus könnte dazu benutzt werden, Geheimverschlüsselungen mit einem öffentlichen Schlüssel vom Typ RSA zu knacken, deren Code bislang als höchst sicher galt.

Lov Grover von den Bell-Entwicklungslabors hat im vergangenen Jahr einen weiteren Durchbruch angekündigt. Er hat einen Quantenalgorithmus entdeckt, der in einer Datenbank die unsortierten Daten durchsucht. Dies ist insofern wichtig, als viele Probleme als Suche formuliert werden können. Wenn Sie in einer Liste von 100 Millionen unsortierter Namen nach einem einzigen Namen suchen, dann müßte ein klassischer Algorithmus 50 Millionen Namen untersuchen, um eine Erfolgsquote von 50 Prozent zu haben. Grovers Algorithmus würde dagegen nur etwa 10.000 Zugriffe auf die Datenbank benötigen, um die gleiche Erfolgsquote zu erzielen. Dies ist möglich, da laut Grover "quantenmechanisch ...(kann man) viele Einträge gleichzeitig untersuchen." Die 5.000fache Beschleunigung würde sich bei größeren Datenbanken erhöhen.

Energielevel

Das Rennen um den Bau des ersten Quantencomputers hat begonnen. Auf der ganzen Welt wurden Forschungsprojekte gestartet. Im National Laboratory, Los Alamos, untersucht ein Team unter Leitung von Richard Hughes die Anwendung eines Computers, der mit Ionenfallen arbeitet. In einem Vakuum aufgereihte Calciumionen werden von einem elektrischen Feld an ihrem Platz gehalten, und Laser wirken auf die äußersten Elektronen jedes dieser Ionen ein. Der Energielevel des äußersten Elektrons eines einzelnen Ions repräsentiert ein einzelnes Qubit. Momentan werden Experimente unternommen, um das Potential dieser Technologie und die Grenzen für simple Quantenberechnungen mit einer geringen Anzahl von Qubits zu erforschen.

Inzwischen wird in anderen Forschungslabors weitere Technologien erforscht. Zwei davon werden als besonders erfolgversprechend gehandelt: Nuclear Magnetic Resonance (NMR) und Quantum-Dot. Auch wenn diese beiden Projekte Erfolg versprechen, werden bis zum Zeitalter der Quantenberechnung noch Jahre vergehen. Um beispielsweise Shors Algorithmus zu realisieren, wäre eine Rechenkraft nötig, die rund eine Milliarde höher ist als die derzeitige.

Schwere Probleme leicht gemacht

Stellen Sie sich vor, daß Sie in einem Telefonbuch ohne alphabetische Sortierung nach einem Namen suchen. Wenn sich die Zahl der Datensätze um den Faktor 100 erhöht, würde sich auch die Höhe der Datensätze, die ein klassischer Algorithmus durchsuchen müßte, um den Faktor 100 erhöhen. Doch die Zahl der Einträge, die ein Quantenalgorithmus durchsuchen müßte, würde sich nur um den Faktor zehn erhöhen. Der Trick liegt in der Art und Weise, wie ein Eintrag in einem Quantenalgorithmus repräsentiert wird, damit bei einer einzigen Suche mehrere Einträge geprüft werden können.

Um einen spezifischen Datensatz mit der Wahrscheinlichkeit von 50 Prozent zu finden...

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^{Seit dem 1999.12.14 mal besucht}
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