Quantumtechnologie kan het leerproces van machines versnellen

Een nieuw experiment aan de Universiteit van Wenen heeft aangetoond hoe quantumtechnologie het leerproces van machines kan versnellen. De natuurkundigen die bij het onderzoek betrokken waren, gebruikten een quantumprocessor voor enkele fotonen als een robot.

Het onderzoek werd gepubliceerd in Nature.

Er zijn onlangs belangrijke ontwikkelingen geweest binnen het veld van quantumcomputing, en de kracht van dergelijke technologieën wordt continu gerealiseerd. Dit heeft ertoe geleid dat de technologie wordt gebruikt in real-life toepassingen, en nu willen experts kunstmatige intelligentie (AI) en autonome machines combineren met quantumfysica en algoritmen.

Leerproces

Om dit te bereiken, hebben wetenschappers onderzocht hoe quantummechanica het leerproces van robots kan helpen, en omgekeerd. Sommige van de resultaten hebben aangetoond hoe robots sneller kunnen bewegen of hoe quantumexperimenten nieuwe leertechnieken kunnen gebruiken. Ondanks dat de robots sneller kunnen bewegen, hebben ze nog niet kunnen leren om sneller te leren, wat nodig is voor de ontwikkeling van complexe autonome machines.

Phillip Walther leidde een internationale inspanning onder leiding van een team van natuurkundigen aan de universiteit. Zij werden vergezeld door theoretici van de Universiteit van Innsbruck, de Oostenrijkse Academie van Wetenschappen, de Universiteit van Leiden en het Duitse Ruimtevaartcentrum.

De samenwerking slaagde erin om experimenteel aan te tonen dat de leertijd van een robot kan worden versneld. Het team vertrouwde op enkele fotonen en een geïntegreerde fotonic quantumprocessor ontworpen door MIT. De processor werd gebruikt als een robot, die leerde hoe hij enkele fotonen naar een vooraf gedefinieerde richting kon routeren.

Valeria Saggio is de eerste auteur van de publicatie.

“Het experiment kon aantonen dat de leertijd aanzienlijk wordt verkort in vergelijking met het geval waarin geen quantumfysica wordt gebruikt,” zegt Saggio.

Het Superpositieprincipe

De robot kan leren door beloond te worden voor het voltooien van de correcte beweging. In een klassieke wereld, bijvoorbeeld met een links- en rechtsdraai, kan alleen een van de twee worden gekozen en correct zijn. Echter, met quantumtechnologie kan de robot het superpositieprincipe gebruiken, wat betekent dat het beide draaien tegelijk kan maken.

Hand Briegel en zijn team aan de Universiteit van Innsbruck ontwikkelden de theoretische ideeën over quantumleeragenten.

“Dit belangrijke kenmerk maakt het mogelijk om een quantumzoekalgoritme te implementeren dat het aantal proefnemingen voor het leren van de correcte route vermindert. Als gevolg hiervan zal een agent die zijn omgeving in superpositie kan verkennen, aanzienlijk sneller leren dan zijn klassieke tegenhanger,” zegt Briegel.

Volgens Walther “zijn we pas aan het begin van het begrijpen van de mogelijkheden van quantumkunstmatige intelligentie en dus draagt elke nieuwe experimentele resultaat bij aan de ontwikkeling van dit veld, dat momenteel wordt gezien als een van de meest vruchtbare gebieden voor quantumcomputing.”