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Bulletin SEV/VSE (Redesign)

Date post:30-Mar-2016
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Neugestaltung anhand bestehender Storys
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  • Bulletin8. Mai 8 mai 5/2009 CHF 12. 8,50

    InformationstechnikTechniques de linformation

    QuantencomputerVorschlag fr ein neues Internetprotokoll

    Solarzellen aus PlastikfolieMessdatenaustausch fr EVUs

    Fachzeitschrift und Verbandsinformationen vonRevue spcialise et informations des associations

    undet

  • QuantencomputerWenn ein Bit gleichzeitig 0 und 1 ist

    Je kleiner die Elektronik, desto grsser der Einfluss der Quantenphysik. Ein Bit ist dann nicht mehr nur eine 0 oder eine 1, sondern kann etwas dazwischen sein eine berlagerung der beiden Zustnde. Einen klassischen Computer bringt dies durcheinander, die Forscher wollen die Quantengesetze nun aber gezielt nutzen, um leis-tungsfhige Quantencomputer zu entwickeln. Diese knnten Verschlsselungen, die heute als sicher gelten, leicht knacken.

    Die Computertechnologie ist in den letzten Jahren fast ungebremst gewach-sen. Durch den Einsatz von Mikrotech-nologie werden die Bauteile stndig ver-kleinert, sodass die Anzahl der Transistoren sich alle 18 Monate verdop-pelt, was als Mooresches Gesetz bekannt ist. Dabei stellt sich die Frage unweiger-lich, ob diese Entwicklung einfach so weitergehen kann. Sptestens wenn die Grsse eines Bauteils diejenige eines ein-zelnen Atoms erreicht hat, ist das Ende dieser Entwicklung erreicht.

    Bei dieser rasanten Entwicklung und Begriffen wie virtuelle Informationsver-arbeitung knnte man den Eindruck erhalten, dass die Informatik keine phy-sikalischen Grenzen kennt. Indessen ist aber zu beachten, dass jeder Information ein physikalischer Zustand zugrunde liegt. Zum Beispiel entspricht die Infor-mation eines Bits in einem D-RAM-Spei-cher der Ladung auf einem Kondensator; oder auf einer Harddisk der Ausrichtung der Magnetisierung. Informationsverar-beitung ist daher immer ein physikali-scher Prozess, seien die beteiligten Ef-fekte noch so klein. Dieser Umstand wird sofort plausibel, wenn man die Abwrme beachtet, die durch ein modernes Re-chenzentrum produziert wird. Unser tg-liches Leben, aber auch die modernsten Computer werden bestimmt durch die Gesetze der klassischen Physik. Und die Grundlage der Physik bildet wiederum die Quantenmechanik. Daher stellt sich die Frage, ob es nicht mglich wre, sich

    diese Effekte zunutze zu machen und ei-nen qualitativ besseren Computer herzu-stellen, der auf den Gesetzen der Quan-tenmechanik basiert. Motiviert durch diese Perspektiven, sind grosse Aktivit-ten in der Grundlagenforschung der Phy-sik und der Informatik entstanden.

    QuantenbitsWie in der klassischen Informations-

    verarbeitung ist die Grundeinheit ein Bit, hier ein Quantenbit oder kurz: Qubit. Fr ein klassisches Bit sind nur zwei Zu-stnde mglich, 0 oder 1. Da die Quan-tenmechanik Zustnde durch Wellen beschreibt, sind fr ein Qubit auch ber-lagerungen mglich. Das heisst, ein Qubit kann sowohl im Zustand 0 als auch im

    Zustand 1 sein. Quantenmechanisch kann der Zustand eines Qubits als Punkt auf einer Kugeloberflche, genannt Blochsphre, dargestellt werden (siehe Bild 1). Dabei entspricht der Nordpol dem klassischen Zustand 0 und der Sd-pol dem Zustand 1. Alle anderen Positi-onen sind berlagerungen dieser zwei Zustnde.

    Mehrere Qubits knnen nun zu einem Quantenregister zusammengefgt wer-den. Die Annahme, dass der Zustand von zwei Qubits einfach durch zwei Kugeln beschrieben wird, ist jedoch falsch. Der Raum, der diese zwei Qubits beschreibt, hat schon 6 Dimensionen und wchst exponentiell mit der Anzahl Qubits. Whrend ein klassisches Register mit N Bits nur in einem Zustand zur selben Zeit ist, kann ein Quantenregister eine berlagerung von allen 2N Zustnden annehmen. Htte man ein Register mit 500 Qubits, wre die Zahl der Zustnde grsser als die Zahl der Atome im Uni-versum. Dies illustriert das Potenzial ei-nes Quantenregisters und das Ziel eines Quantencomputers ist, diese Leistungsf-higkeit auszunutzen.

    QuantenalgorithmenEin Quantencomputer fhrt einen Al-

    gorithmus aus, indem er die Zustnde eines Quantenregisters manipuliert. Da die Operationen der Quantenmechanik gehorchen, mssen sie unitr, das heisst reversibel sein. Wnschenswert wre ein universeller Block, aus dem jede belie-bige unitre Operation aufgebaut werden kann. In der klassischen Boolschen Lo-gik ist ein solcher Block bekannt, das NAND-Gatter (Bild 2). Jede beliebige Boolsche Operation lsst sich ausschliess-lich aus einzelnen NAND-Gattern auf-bauen. Leider ist das NAND-Gatter fr einen Quantencomputer nicht geeignet, da es nicht reversibel ist, d.h., der Ein-gangszustand lsst sich nicht mehr aus dem Ausgangszustand herleiten. In der Quantenlogik ist bis jetzt noch kein ein-zelner universeller Block bekannt. Je-doch lsst sich jede unitre Operation durch zwei universelle Blcke bilden (Bild 2): Der erste sind einzelne Qubit-

    Johannes Majer

    0

    1

    z

    x

    y

    Bild 1 Blochsphre.Beschreibung des Zustands eines Qubits auf der Blochspre. Nord- und Sdpol stellen die klassischen Zustnde 0 und 1 dar, whrend alle anderen Zustnde durch berlagerungen entstehen.

    Politik unD WirtsChaFt QuantencomputerPolitiQuE Et ConomiE ordinateur de Quantit

    BULLETIN

    BULLETIN

    Bulletin 5 / 2009 9

    TU W

    ien

    _Quantencomputer_Entw3.indd 8-9 17.9.2009 15:20:34 Uhr

  • Kern- oder Atomenergie?Das ist hier die Frage

    Energie nuclaire ou atomique?Cest ici la question

    Es gibt in der Energieindustrie kein anderes Wort, auf das selbst im Zwiege-sprch mit Kollegen so geachtet wird. Die Tage der hchsten Auf adung der se-mantischen Debatte gehren aber wohl der Vergangenheit an: So belegten etwa Umfrageergebnisse in den 70er-Jahren, dass die Bevlkerung Atomkraftwerke sicherheitstechnisch anders einstuft als Kernkraftwerke.

    Seitdem ist in Europa viel Wasser durch Khlturme verdampft: Whrend in der Schweiz die Vorteile von neuen Re-aktoren in jeweils Beznau, Gsgen oder Mhleberg diskutiert werden, werden anderorts Grundsatzentscheidungen zur Atomenergie getroffen. Beispielsweise seien genannt Schweden, wo die Regie-rung Anfang Jahr das Moratorium fr Reaktorneubauten aufhob, oder Polen,

    das bis sptestens 2020 ein eigenes KKW ans Netz bringen will. Und schliesslich Russland, wo vor ein paar Tagen eine neue Miss Atom gewhlt wurde.

    Selbst Walter Hohlefelder, Prsident des deutschen Atomforums, stellte fest, dass das neue Selbstverstndnis der Branche nicht mehr vor dem Prfix Atom zu zucken brauche.

    In dieser Ausgabe widmet sich das Bulletin besonders der Kern energie. Bei-trge ber Atomenergie bringen wir selbstverstndlich auch.

    Dans lindustrie nergtique, il ny a pas dautre mot qui suscite autant lattention, mme au cours dune discus-sion avec des collgues. Les journes des grands dbats smantiques font partie du pass: au cours des annes 70, une en-qute a abouti la conclusion que la po-pulation classait les centrales atomiques un autre niveau de scurit que les cen-trales nuclaires.

    Depuis, beaucoup deau a coul sous les ponts en Europe: pendant quen Su-isse, les avantages de nouveaux racteurs Beznau, Gsgen ou Mhleberg font lobjet de discussions, des dcisions de principe sont prises sur lnergie ato-mique dautres endroits. Comme par exemple en Sude o le gouvernement a lev le moratoire pour la construction de nouveaux racteurs en dbut danne, ou en Pologne o le gouvernement souhaite

    mettre sa propre centrale nuclaire en service au plus tard en 2020. Et finale-ment en Russie o une nouvelle Miss Atome a t lue il y a quelques jours.

    Mme Walter Hohlefelder, prsident du forum atomique allemand,

    a constat que la branche na plus be-soin de frmir lorsquelle utilise ladjectif atomique.

    Ce numro du Bulletin est essentielle-ment ddi lnergie nuclaire. Lnergie atomique y est bien entendu aussi trai-te.

    Stephanie Berger, Chefredaktorin Verband Schweizerischer Elektrizittsunternehmen (VSE)

    Stephanie Berger, Rdactrice en chef Association des entreprises lectriques suisses (AES)

    EditoriAlditoriAl

    BULLETIN

    BULLETIN

    Bulletin 5 / 2009 3

  • Sicherheit von Kernkraftwerken

    Wie Notkhlsysteme eine Kernschmelze verhindernAls 1979 im Kernkraftwerk von Three Mile Island eine Reihe von kleinen Problemen zu einer Kernschmelze fhrten, wurde die Sicherheit der Kernkraftwerke berdacht und daraufhin die Anlagen weltweit nachgerstet. Heute ist die Wahrscheinlichkeit einer Kern-schmelze wesentlich kleiner.

    Radioaktivitt

    Wie gefhrlich sind radioaktive Strahlen?Jeder Mensch und jeder Kubikmeter Erde enthlt von Natur ergeerggq aus radioaktive Atome. Entscheidend ist die Dosis. Wobei sich die Experten streiten, wo qwqerfgb der untere Schwellwert liegt, qergqergqwerg unter dem die radioaktive qergqerfg ergb Strahlung ungefhr-lich ergwerg wergwerg wqergg ist ertrwtbh.

    Abstimmung ber Kernkraftwerke

    Die mediale Auseinandersetzung um die AtomkraftDie Debatte um die Energieversorgung ist voll im Gang, und Bewilligungsgesuche fr neue Kernkraftwerke sind eingereicht. In wenigen Jahren werden die Schweizer darber abstim-men. Der Artikel analysiert die aktuelle Kommunikation ber Kernkraftwerke und untersucht, welche Reputation die Atomkraft.

    Guido Santner

    9 Wie Notkhlsysteme eine Kernschmelze verhindernWalter Regg

    15 Wie gefhrlich sind radioaktive Strahlen?David Trfs

    21 Die mediale Auseinandersetzung um die AtomkraftKlaus Wortmann

    27 (Wie) aus Viel weniger Viel mehr machen? 63 Technologie

    Erwin Schrer

    33 Linthal 2015 Meilenstein fr die Schweizer Wasserkraft

    Guido Santner

    36 Wie Notkhlsysteme eine Kernschmelze verhindernWalter Regg

    39 Wie gefhrlich sind radioaktive Strahlen?

    Guido Santner

    45 Wie Notkhlsysteme eine Kernschmelze verhindernWalter Regg

    52 Wie gefhrlich sind radioaktive Strahlen?David Trfs

    55 Die mediale Auseinandersetzung um die At

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