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Herausforderungen in der IT

Information und Informationsverarbeitung sind Grundlagen moderner Gesellschaften. Dies gilt für viele Bereiche unseres täglichen Lebens. Um den großen Herausforderungen zu begegnen, vor denen die Menschheit in Zukunft stehen wird, müssen sich die Informations- und Kommunikationstechnologien weiterhin rasch entwickeln.

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Die exponentielle Zunahme von Daten und Datenaustausch, die steigenden Anforderungen an die Informationsverarbeitung sowie die zunehmende Notwendigkeit Informationen zu schützen, erfordern immer größere und komplexere IT-Systeme. Dies führt natürlich zu einem kritischen Anstieg der Energiekosten für IT.

Wegen des absehbaren Endes des exponentiellen Wachstums der Rechenleistung, auch bekannt als "Moore’sches Gesetz", und wegen des so genannten „von-Neumann-Engpasses“, der die On-Chip-Datenverarbeitung verlangsamt, sind wegweisende Verbesserungen bei der Leistung von Informationsverarbeitungssystemen notwendig. Diese werden vor allem aus Durchbrüchen in zwei grundlegenden Bereichen resultieren: in der Quantenphysik, insbesondere durch die Untersuchung von Quantenphänomenen in Materialien und deren Nutzung in Bauteilen, und in der Biologie, durch die Erforschung biologischer und neuronaler Informations-Systeme.

Das Hauptaugenmerk unserer Forschung liegt auf möglichen Anwendungen in der Informationstechnologie und verwandten Bereichen. Besonders im Fokus stehen dabei:

  • Quantenmaterialien,
  • Quantencomputer,
  • neuromorphes Rechnen.

Das PGI trägt zu diesen wichtigen Bereichen bei. Wir verfügen über langjährige Expertise in der Erforschung neuer Phänomene in kondensierter Materie, der Entwicklung neuartiger Materialien und funktioneller Nanostrukturen sowie der Innovation experimenteller und theoretischer Methoden. Das Hauptaugenmerk unserer Arbeit liegt dabei stets auf potenziellen Anwendungen in der Informationstechnologie und verwandten Bereichen.

Dabei haben wir Quantencomputing und neuromorphes Rechnen zu unseren besonderen Schwerpunkten gemacht. Beide Technologien haben das Potenzial zu den oben beschriebenen Herausforderungen der IT beizutragen. Beide Technologien können jeweils bestimmte Arten von Berechnungen schneller und/oder energieeffizienter durchführen als die heutigen Computer. Im Quantencomputing gehören dazu beispielsweise Optimierungsprobleme und das Problem der sicheren Verschlüsselung, in der neuromorphen Datenverarbeitung die Erkennung von Mustern. Damit trägt die Forschung des PGI zur Lösung einiger der großen Herausforderungen für Wissenschaft, Gesellschaft und Wirtschaft bei.