AlphaZero-algoritme toegepast op kwantumcomputing 

Quantum computing is de laatste jaren meer een focus geworden. Onderzoekers en bedrijven over de hele wereld werken voortdurend aan de ontwikkeling van deze technologie, die uiterst gecompliceerde problemen kan oplossen die te geavanceerd zijn voor klassieke computers. 

Een van die groepen die aan een kwantumcomputer werkt, is bij Aarhus University. Een onderzoeksgroep onder leiding van professor Jacob Sherson maakte gebruik van het computeralgoritme alfanul om een ​​kwantumsysteem te besturen.

Kwantumcomputers maken gebruik van kwantummechanica, een tak van de natuurkunde die zich richt op de kleinste bouwstenen van ons universum. Een van de fundamentele regels is dat een systeem in meer dan één staat tegelijk kan bestaan. 

Deze regels worden vertaald in computertaal en een kwantumcomputer kan meerdere berekeningen tegelijk uitvoeren. Dit betekent dat een kwantumcomputer veel sneller kan presteren dan gewone computers. 

De theorie van kwantumcomputers is gevestigd, maar er moet nog een volledige kwantumcomputer worden gemaakt. 

AlphaZero kan zelfstandig leren zonder tussenkomst van mensen. Hierdoor is het algoritme in staat geweest om zowel mensen als complexe computerprogramma's te verslaan in moeilijke spellen zoals Go, Shogi en Chess. AlphaZero kon dit doen door tegen zichzelf te concurreren en in de loop van de tijd te verbeteren. 

Het algoritme wist het toonaangevende schaakprogramma Stockfish te verslaan na slechts vier uur tegen zichzelf gespeeld te hebben. Na die indrukwekkende prestatie vergeleek de Deense grootmeester Peter Heine Nielsen AlphaZero met een superieure uitheemse soort.

De onderzoeksgroep van de Universiteit van Aarhus heeft met behulp van computersimulaties laten zien hoe AlphaZero kan worden toegepast op drie verschillende besturingsproblemen. Deze kunnen mogelijk worden gebruikt in een kwantumcomputer. 

"AlphaZero maakt gebruik van een diep neuraal netwerk in combinatie met een diepe vooruitblik in een geleide boomzoekactie, wat voorspellende verborgen-variabele benaderingen van het kwantumparameterlandschap mogelijk maakt. Om de overdraagbaarheid te benadrukken, passen we het algoritme toe en benchmarken we het op drie klassen van besturingsproblemen, waarbij we slechts een enkele gemeenschappelijke set algoritmische hyperparameters gebruiken”, aldus de studie. 

Het onderzoek van het team is gepubliceerd in Nature Quantum-informatie.

Leid Ph.D. student Mogens Dalgaard vertelde hoe het team onder de indruk was van het vermogen van AlphaZero om zichzelf snel les te geven.

“Toen we de gegevens van AlphaZero analyseerden, zagen we dat het algoritme had geleerd een onderliggende symmetrie van het probleem te benutten waar we oorspronkelijk niet aan hadden gedacht. Dat was een geweldige ervaring.”

De echte doorbraak kwam van het koppelen van AlphaZero, dat op zichzelf al een buitengewoon indrukwekkend algoritme is, met een gespecialiseerd algoritme voor kwantumoptimalisatie. 

Volgens professor Jacob Sherson: “Dit geeft aan dat we nog steeds in nood zijn van menselijke vaardigheden en expertise, en dat het doel van de toekomst moet zijn om hybride intelligentie-interfaces te begrijpen en te ontwikkelen die de sterke punten van beide optimaal benutten.”

De groep wil het tempo van ontwikkeling binnen het veld versnellen, dus hebben ze de code vrijgegeven en openlijk beschikbaar gemaakt. De verhuizing wekte veel belangstelling.

"Binnen een paar uur werd ik gecontacteerd door grote technologiebedrijven met kwantumlaboratoria en internationaal toonaangevende universiteiten om toekomstige samenwerking tot stand te brengen", zei Jacob Sherson. "dus het zal waarschijnlijk niet lang meer duren voordat deze methoden in praktische experimenten over de hele wereld zullen worden gebruikt."

DeepMind is een in het Verenigd Koninkrijk gevestigd Google-zusterbedrijf dat verantwoordelijk is voor zowel AlphaZero als AlphaGo. Deze systemen tonen nu hun belang op andere gebieden, waaronder quantum computing.