AlphaZero-Algorithmus angewendet auf Quantencomputing 

Quantencomputing ist in den letzten Jahren immer stärker in den Fokus gerückt. Forscher und Unternehmen auf der ganzen Welt arbeiten ständig an der Entwicklung dieser Technologie, mit der äußerst komplizierte Probleme gelöst werden können, die für klassische Computer zu weit fortgeschritten sind. 

Eine solche Gruppe, die an einem Quantencomputer arbeitet, ist bei Universität Aarhus. Eine Forschungsgruppe unter der Leitung von Professor Jacob Sherson nutzte den Computeralgorithmus AlphaZero um ein Quantensystem zu steuern.

Quantencomputer nutzen die Quantenmechanik, einen Zweig der Physik, der sich auf die kleinsten Bausteine ​​unseres Universums konzentriert. Eine der Grundregeln ist, dass ein System gleichzeitig in mehr als einem Zustand existieren kann. 

Diese Regeln werden in Computersprache übersetzt und ein Quantencomputer ist in der Lage, mehrere Berechnungen gleichzeitig durchzuführen. Das bedeutet, dass ein Quantencomputer viel schneller arbeiten kann als normale Computer. 

Die Theorie der Quantencomputer ist etabliert, ein vollwertiger Quantencomputer ist jedoch noch nicht entstanden. 

AlphaZero ist in der Lage, selbstständig zu lernen, ohne dass der Mensch eingreifen muss. Aus diesem Grund war der Algorithmus in der Lage, sowohl Menschen als auch komplexe Computerprogramme in schwierigen Spielen wie Go, Shogi und Schach zu besiegen. AlphaZero konnte dies erreichen, indem es mit sich selbst konkurrierte und sich im Laufe der Zeit verbesserte. 

Der Algorithmus konnte das führende Schachprogramm Stockfish schlagen, nachdem er nur vier Stunden lang gegen sich selbst gespielt hatte. Nach dieser beeindruckenden Leistung verglich der dänische Großmeister Peter Heine Nielsen AlphaZero mit einer überlegenen außerirdischen Spezies.

Die Forschungsgruppe der Universität Aarhus hat mithilfe von Computersimulationen gezeigt, wie AlphaZero auf drei verschiedene Steuerungsprobleme angewendet werden kann. Diese könnten möglicherweise in einem Quantencomputer eingesetzt werden. 

„AlphaZero nutzt ein tiefes neuronales Netzwerk in Verbindung mit tiefem Lookahead in einer geführten Baumsuche, die eine prädiktive Approximation der Quantenparameterlandschaft mit versteckten Variablen ermöglicht.“ Um die Übertragbarkeit hervorzuheben, wenden wir den Algorithmus an und vergleichen ihn mit drei Klassen von Kontrollproblemen, wobei wir nur einen einzigen gemeinsamen Satz algorithmischer Hyperparameter verwenden“, heißt es in der Studie. 

Die vom Team durchgeführten Forschungsarbeiten wurden in veröffentlicht Naturquanteninformationen.

Leitender Ph.D. Student Mogens Dalgaard sprach darüber, wie beeindruckt das Team von der Fähigkeit von AlphaZero war, sich schnell selbst beizubringen.

„Als wir die Daten von AlphaZero analysierten, stellten wir fest, dass der Algorithmus gelernt hatte, eine zugrunde liegende Symmetrie des Problems auszunutzen, die wir ursprünglich nicht berücksichtigt hatten. Das war eine unglaubliche Erfahrung.“

Der eigentliche Durchbruch gelang durch die Kombination von AlphaZero, einem äußerst beeindruckenden Algorithmus, mit einem speziellen Quantenoptimierungsalgorithmus. 

Laut Professor Jacob Sherson: „Dies zeigt, dass wir immer noch in Not sind von menschlichem Können und Fachwissen, und dass das Ziel der Zukunft darin bestehen sollte, hybride Intelligenzschnittstellen zu verstehen und zu entwickeln, die die Stärken beider optimal nutzen.“

Die Gruppe möchte das Entwicklungstempo in diesem Bereich beschleunigen und hat daher den Code veröffentlicht und öffentlich zugänglich gemacht. Der Umzug stieß auf großes Interesse.

„Innerhalb weniger Stunden wurde ich von großen Technologieunternehmen mit Quantenlabors und international führenden Universitäten kontaktiert, um eine zukünftige Zusammenarbeit zu etablieren“, sagte Jacob Sherson. „Es wird also wahrscheinlich nicht mehr lange dauern, bis diese Methoden in praktischen Experimenten auf der ganzen Welt Anwendung finden.“

DeepMind ist ein in Großbritannien ansässiges Google-Schwesterunternehmen, das sowohl für AlphaZero als auch AlphaGo verantwortlich ist. Diese Systeme zeigen nun ihre Bedeutung in anderen Bereichen, einschließlich Quantencomputing.