Relativistischer Computer, das Projekt, das mit Einsteins Theorie die Informatik revolutionieren will: Wofür er verwendet werden könnte

Während herkömmliche PCs auf einem System basieren, das nur binäre Anweisungen interpretiert, arbeiten Quantencomputer mit Qubits , Einheiten, die dank Superposition gleichzeitig Einsen und Nullen sein können. Doch auch wenn das schon esoterisch klingt, kommt nun ein Prototyp mit einem höheren Komplexitätsgrad : relativistische Computer .

Diese Science-Fiction-Computersysteme könnten sich nicht auf Siliziumchips oder Verschränkung verlassen, sondern die Anziehungskraft von Gravitationsfeldern als ihr primäres Rechenwerkzeug nutzen.

Dieses in der Ideenwelt kursierende Konzept basiert auf den Auswirkungen der allgemeinen Relativitätstheorie von Albert Einstein – wie etwa der Krümmung der Raumzeit und der Geschwindigkeit massiver Objekte – auf die Verarbeitung von Informationen.

Weniger konzeptionell ausgedrückt: Es wäre ein System, das weder Kabel noch spezielle Hardware benötigt . Seine innere Uhr kann je nach Entfernung von einer Gravitationsquelle schneller oder langsamer laufen. Es wäre buchstäblich eine Maschine, die sich vom Gefüge des Universums ernährt.

In Zukunft könnte es zur Simulation ganzer Universen mit extremer physikalischer Präzision eingesetzt werden, von der Berechnung komplexer Gravitationsprozesse wie Schwarzer Löcher oder der Ausdehnung des Kosmos bis hin zu neuen Formen künstlicher Intelligenz, die auf dem Fluss der Zeit basieren.

Diese Abstraktion ist das Werk von Eleftherios-Ermis Tselentis vom Polytechnikum Brüssel (Belgien) und Amin Baumeler von der Universität Lugano (Schweiz), die einen mathematischen Beweis entwickelten, der die derzeitige Methode der Informationsübertragung revolutioniert.

Der Schlüssel zu dieser Spekulation liegt im Verständnis, dass die Raumzeit keine starre, ewige Struktur ist, wie die spezielle Relativitätstheorie vermuten lässt. Nach Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie kann sie sich wie eine vierdimensionale kosmische Schicht biegen, dehnen und kollabieren, wenn etwas Massives dagegen drückt.

Diese intrinsische Flexibilität ermöglicht es dem Universum, sich unter der Anwesenheit massiver Körper wie Planeten und Sterne zu krümmen und zu verformen. Und dieselbe Krümmung verändert den Verlauf von allem, was es durchquert, sogar der Signale, die sich entlang bewegen. Als ob der Kosmos durch die Faltung auch seine eigenen Bahnen neu gestaltet.

Um dieses Ergebnis zu erklären, stellten sich die Forscher ein Szenario vor, in dem drei Personen – Alice, Bob und Charlie – Nachrichten austauschen . Die Kernfrage: Was würde passieren, wenn einer von ihnen die Raum-Zeit manipulieren könnte, durch die die Informationen reisen?

Könnte Alice beispielsweise irrtümlicherweise eine für Bob bestimmte Nachricht empfangen, nur weil das Signal in eine verzerrte Region des Kosmos umgeleitet wurde? Oder könnte Charlie auf eine Nachricht antworten, die Bob noch nicht gesendet hat, und so die natürliche Ordnung von Ursache und Wirkung umkehren?

Mit diesen Kombinationen fütterten sie eine Gleichung, die Aufschluss darüber geben konnte, ob eine Deformation in der Raum-Zeit-Matrix die natürliche Reihenfolge der Nachrichten verändert hatte.

Die Analyse konzentrierte sich darauf, ob diese Abweichungen – etwa der Empfang von Nachrichten in der falschen Reihenfolge oder das Abfangen von Nachrichten anderer Personen – erkannt werden könnten, indem man beobachtet, wie sich Informationen verhalten, wenn Raum und Zeit als weiterer Teilnehmer des Gesprächs ins Spiel kommen.

Einem im New Scientist veröffentlichten Artikel zufolge ermöglichen die von Tselentis und Baumeler entwickelten Gleichungen die Feststellung, ob ein Informationsaustausch zwischen mehreren Personen – etwa Alice, Bob und Charlie – in einer Umgebung stattfand, in der die Raumzeit manipuliert wurde.

Laut Baumeler ist es der Relativitätstheorie zwar gelungen, die Struktur des Universums zu erklären, doch fehlte noch immer ein mathematisches Werkzeug, um zu übersetzen, wie sich diese Verzerrungen auf den Informationsfluss auswirken.

Dies ist ein erster Versuch, zwei Welten miteinander zu verbinden , die bislang parallel verliefen: die allgemeine Relativitätstheorie , die das Verhalten der physikalischen Realität beschreibt, und die Informationsübertragung , den Grundstein der Computertechnik.

Das Problem ist, dass Einsteins Theorie zwar wunderbar funktioniert, aber nicht mit der anderen großen Bastion der modernen Physik, der Quantentheorie , übereinstimmt. Beide basieren auf widersprüchlichen Annahmen über die Natur der Realität.

Konkret geht die allgemeine Relativitätstheorie von einer einheitlichen Raumzeit aus, während die Quantentheorie besagt, dass Materie und Energie nur in diskreten Fragmenten existieren.

Die heute unter Physikern am weitesten verbreitete Ansicht ist, dass ein Weg gefunden werden muss, die Schwerkraft in den Quantenbereich zu integrieren, was die Entwicklung einer Theorie der Quantengravitation bedeutet.

Die Idee ist ebenso kühn wie faszinierend: Die Schwerkraft soll nicht nur genutzt werden, um die Funktionsweise des Universums zu erklären, sondern auch als Werkzeug zur Informationsverarbeitung . Anstatt Hardware zu benötigen, würde diese Gravitationsberechnung auf den physikalischen Gesetzen des Kosmos basieren.

Eine der gängigsten Theorien der Teilchenphysik geht davon aus, dass die Existenz der Schwerkraft darauf zurückzuführen ist, dass wir in einer Simulation leben, einer Art kosmischem Videospiel, für dessen Generierung ein Computer erforderlich ist.

Doch diese Arbeit nimmt eine unerwartete Wendung: Was wäre, wenn es nicht umgekehrt wäre? Was wäre, wenn wir einen Computer bauen könnten, der die Schwerkraft als Teil seiner Funktionsweise nutzt? Eine relativistische Maschine, angetrieben von derselben Kraft, die Galaxien formt.