Aarhus University Seal / Aarhus Universitets segl

Kunstig IQ finder selv spillereglerne i kvanteverden

Skakverdenen måtte spærre øjnene op, da computeralgoritmen AlphaZero på blot fire timer lærte sig selv at slå de bedste skakprogrammer, der er bygget på menneskelig ekspertise. Nu har en forskningsgruppe ved Aarhus Universitet anvendt selvsamme algoritme til at styre en kvantecomputer.

16.01.2020 | Rasmus Rørbæk

Her ses en gengivelse af, hvordan en computeralgoritme, som AlphaZero, kan lære at kontrollere et kvantesystem. Dette gøres ved hele tiden at skifte mellem at spille og at lære. I spil fasen forsøger algoritmen at styre systemet ud fra det den har lært og i læringsfasen forsøger den så at blive bedre ud fra dens erfaringer med at spille. (Ill: AU)

Verden over søger utallige forskningsgrupper at bygge en kvantecomputer. En enkelt kvantecomputer vil nemlig kunne løse visse problemer, som ikke kan løses med nuværende computere, selvom alle verdens computere blev kombineret til én.

En forskergruppe hos Aarhus Universitet deler ambitionen om engang at kunne bygge en kvantecomputer. Derfor har en forskningsgruppe under ledelse af professor MSO Jacob Sherson netop anvendt computer algoritmen AlphaZero til at lære at styre et kvantesystem.

Det, der gør AlphaZero interessant, er, at den kan lære på egen hånd uden nogen form for menneskelig ekspertise. AlphaZero har på egen digitale hånd slået både mennesker og computer-specialiserede programmer inden for spil som GO, Shogi og Skak. Det tog f.eks. Ikke mere end fire timers at slå verdens førende skakprogram Stockfish.

AlphaZero var så fuldkommen overlegen, at danske stormester Peter Heine Nielsen med et smil sammenlignede programmet med en overlegen art af rumvæsener, der havde besøgt jorden blot for at slå os i skak.

Nu har forskningsgruppen ved Aarhus Universitet anvendt AlphaZero på tre forskellige kontrolproblemer, der potentielt kan anvendes i en kvantecomputer. Gruppens resultater blev for nylig udgivet i det anerkendte tidsskrift Nature - Quantum Information.

Kunne selv - men bedst sammen med forskere

AlphaZeros evne til at lære har imponeret forskergruppen, og algoritmen har bevist selv at kunne finde og løse problemer. Som den ansvarlige PhD studerende Mogens Dalgaard beskriver det:

“Da vi analyserede vores data fra AlphaZero kunne vi se, at algoritmen havde lært at udnytte en underliggende symmetri i kontrolproblemet, vi oprindeligt ikke selv havde overvejet fandtes. Det var helt fantastisk at opleve,” siger Mogens Dalgaard.

Men selvom AlphaZero i sig selv er en imponerende algoritme, så opnåede forskningsgruppen de bedste resultater ved at kombinere AlphaZero med en specialiseret kvanteoptimerings-algoritme.

“Det peger på, at der stadig er brug for vores menneskelige og faglige ekspertise, og at vi i fremtiden skal forstå og udvikle hybrid intelligens systemer, der optimalt udnytter begges styrker,” forklarer Jacob Sherson. 

I et forsøg på at brede kendskabet til deres metoder ud så meget som muligt har forskningsgruppen gjort deres kode tilgængelig for alle deres forskningskolleger. Responsen fra omverdenen har overrasket gruppen, forklarer Sherson: 

“Inden for få timer blev jeg kontaktet af både store tech-virksomheder med kvantelaboratorier og internationale top-universiteter for at etablere et videre samarbejde”, siger Jacob Sherson, der fortsætter: “så det kan ikke vare længe inden disse metoder vil finde anvendelse i praktiske eksperimenter verden over.”

Fra teori til kvantecomputer

Ideén med en kvantecomputer er baseret på kvantefysikken, den gren af fysikken der omhandler de mindste byggesten i vores univers. Her er spillereglerne fundamentalt anderledes: f.eks. vil et system kunne være i mere end én tilstand ad gangen.

Oversat til computersprog betyder det, at man kan lave mange flere beregninger ad gangen. Det giver selvsagt helt nye muligheder og en enorm forbedring over normale computere. Men selvom teorien for en kvantecomputer er på plads, så har man endnu ikke lykkedes med at bygge en, der fungerer på tilstrækkelig stor skala til at løse praktisk nogen relevante problemer. Lidt på samme måde som det gamle ordsprog om, at ét er teori - noget andet er praksis.

I tilfældet med kvantecomputeren, kræver skridtet fra teori til praksis, at bl.a. at vi forbedrer vores evne til at kontrollere disse kvantesystemer.

Projektet, der undersøger kombinationen af kunstig intelligens og kvantefysik, er støttet med i alt 18,7 mio dkk fra Carlsbergfondet.

Læs den videnskabelige artikel på Natures hjemmeside.

Nyhed, Faculty of Natural Sciences, Institut for Fysik og Astronomi