Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Quantenboost für künstliche Intelligenz

26.09.2016

Intelligente Maschinen, die selbständig lernen, gelten als Zukunftstrend. Forscher der Universität Innsbruck und des Joint Quantum Institute in Maryland, USA, loten nun in der Fachzeitschrift Physical Review Letters aus, wie Quantentechnologien dabei helfen können, die Methoden des maschinellen Lernens weiter zu verbessern.

In selbstfahrenden Autos, IBM's Watson oder Google's AlphaGo sind Computerprogramme am Werk, die aus Erfahrungen lernen können. Solche Maschinen werden im Zuge der Digitalisierung in vielen Lebensbereichen Einzug halten. Bei der Erforschung von Methoden der künstlichen Intelligenz steht besonders der Ansatz des bestärkenden Lernens im Mittelpunkt.


Die Forscher konnten zeigen, wie Standardalgorithmen der Quanteninformationsverarbeitung Agenten dabei helfen können, wenn es darum geht zu lernen, wie man am besten durch ein Labyrinth navigiert.

Vedran Dunjko

Dabei bewegen sich Agenten in einer Umgebung und reagieren auf Belohnungen und Bestrafungen. Sie erlernen selbständig eine Strategie, um die erhaltenen Belohnungen zu maximieren. Für Agenten und Umgebungen, die den Gesetzen der Quantenphysik gehorchen, wurde dieses Modell bisher kaum untersucht. In diese Lücke stoßen nun Vedran Dunjko und Hans Briegel vom Institut für Theoretische Physik der Universität Innsbruck sowie Jacob M. Taylor vom Joint Quantum Institute in Maryland, USA, vor. Sie legen in der Fachzeitschrift Physical Review Letters eine umfassende Analyse von Methoden des maschinellen Lernens unter Quantenbedingungen vor.

Lernen in der Quantenwelt

Die Frage, wie Quantencomputer die Leistung von lernenden Computern verbessern können, wurde bisher vor allem im Kontext sehr spezieller Fragestellungen diskutiert, so zum Beispiel zur Beschleunigung von Bilderkennungsprogrammen. „Wir haben einen breiteren Ansatz gewählt und untersucht, wie Methoden des maschinellen Lernens mit Hilfe von quantenphysikalischen Konzepten verbessert werden können“, erklärt Vedran Dunjko. „Dabei haben wir theoretisch analysiert, welche Ergebnisse sich erzielen lassen, wenn Agent und Umwelt quantenphysikalischen Gesetzen unterliegen, also zum Beispiel miteinander verschränkt sind.“

Die Forscher übersetzen das Konzept des bestärkenden Lernens in die Quantenwelt und klären dabei schwierige Fragen, etwa was es heißt, wenn Quantenagenten mit der Umwelt interagieren oder wie die Geschichte dieser Interaktionen in der Quantenwelt sinnvoll beschrieben werden kann. „Wir konnten auch zeigen, wie Standardalgorithmen der Quanteninformationsverarbeitung Agenten dabei helfen können , schneller in einer Umgebung zu lernen, in der ein glücklicher Zug zu Beginn am Ende einen großen Unterschied machen kann, zum Beispiel wenn es darum geht zu lernen, wie man am besten durch ein Labyrinth navigiert“, erläutert Vedran Dunjko.

Einblick in das Weltgefüge?

In Zukunft wollen die Forscher zum Beispiel untersuchen, ob ein Quantencomputer mit Hilfe eines Quantenagenten schneller seine Umwelt erkennen kann, um durch Störungen verursachte Rechenfehler rechtzeitig zu korrigieren. Die Arbeit der Physiker könnte aber auch eine neues Licht auf die Frage werfen, wie unsere klassische Alltagswelt aus Wechselwirkungen entstehen kann, die auf mikroskopischer Ebene den Gesetzen der Quantenphysik gehorchen. „Das Verständnis darüber, wie lernende Quantenagenten mit einer Quantenumwelt interagieren, könnte neue Einsichten in diese sehr grundlegende Frage liefern“, ist auch der Leiter der Arbeitsgruppe, Hans Briegel, überzeugt.

Finanziell unterstützt werden die Arbeiten der Theoretiker unter anderem vom österreichischen Wissenschaftsfonds FWF und der Templeton World Charity Foundation.


Publikation: Quantum-Enhanced Machine Learning. Vedran Dunjko, Jacob M. Taylor, Hans J. Briegel. Phys. Rev. Lett. 117, 130501 (2016). DOI: 10.1103/PhysRevLett.117.130501

Rückfragehinweis:
Dr. Vedran Dunjko
Institut für Theoretische Physik
Universität Innsbruck
Telefon: +43 512 507 52240
E-Mail: vedran.dunjko@uibk.ac.at

Dr. Christian Flatz
Büro für Öffentlichkeitsarbeit
Universität Innsbruck
Telefon: +43 512 507 32022
E-Mail: christian.flatz@uibk.ac.at

Weitere Informationen:

http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.117.130501 - Quantum-Enhanced Machine Learning. Vedran Dunjko, Jacob M. Taylor, Hans J. Briegel. Phys. Rev. Lett. 117, 130501 (2016)
http://www.qic-innsbruck.org - Arbeitsgruppe Quantum Information & Computation

Dr. Christian Flatz | Universität Innsbruck
Weitere Informationen:
http://www.uibk.ac.at

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Flashmob der Moleküle
19.01.2017 | Technische Universität Wien

nachricht Verkehrsstau im Nichts
19.01.2017 | Universität Konstanz

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Mikrobe des Jahres 2017: Halobacterium salinarum - einzellige Urform des Sehens

Am 24. Januar 1917 stach Heinrich Klebahn mit einer Nadel in den verfärbten Belag eines gesalzenen Seefischs, übertrug ihn auf festen Nährboden – und entdeckte einige Wochen später rote Kolonien eines "Salzbakteriums". Heute heißt es Halobacterium salinarum und ist genau 100 Jahre später Mikrobe des Jahres 2017, gekürt von der Vereinigung für Allgemeine und Angewandte Mikrobiologie (VAAM). Halobacterium salinarum zählt zu den Archaeen, dem Reich von Mikroben, die zwar Bakterien ähneln, aber tatsächlich enger verwandt mit Pflanzen und Tieren sind.

Rot und salzig
Archaeen sind häufig an außergewöhnliche Lebensräume angepasst, beispielsweise heiße Quellen, extrem saure Gewässer oder – wie H. salinarum – an...

Im Focus: Innovatives Hochleistungsmaterial: Biofasern aus Florfliegenseide

Neuartige Biofasern aus einem Seidenprotein der Florfliege werden am Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP gemeinsam mit der Firma AMSilk GmbH entwickelt. Die Forscher arbeiten daran, das Protein in großen Mengen biotechnologisch herzustellen. Als hochgradig biegesteife Faser soll das Material künftig zum Beispiel in Leichtbaukunststoffen für die Verkehrstechnik eingesetzt werden. Im Bereich Medizintechnik sind beispielsweise biokompatible Seidenbeschichtungen von Implantaten denkbar. Ein erstes Materialmuster präsentiert das Fraunhofer IAP auf der Internationalen Grünen Woche in Berlin vom 20.1. bis 29.1.2017 in Halle 4.2 am Stand 212.

Zum Schutz des Nachwuchses vor bodennahen Fressfeinden lagern Florfliegen ihre Eier auf der Unterseite von Blättern ab – auf der Spitze von stabilen seidenen...

Im Focus: Verkehrsstau im Nichts

Konstanzer Physiker verbuchen neue Erfolge bei der Vermessung des Quanten-Vakuums

An der Universität Konstanz ist ein weiterer bedeutender Schritt hin zu einem völlig neuen experimentellen Zugang zur Quantenphysik gelungen. Das Team um Prof....

Im Focus: Traffic jam in empty space

New success for Konstanz physicists in studying the quantum vacuum

An important step towards a completely new experimental access to quantum physics has been made at University of Konstanz. The team of scientists headed by...

Im Focus: Textiler Hochwasserschutz erhöht Sicherheit

Wissenschaftler der TU Chemnitz präsentieren im Februar und März 2017 ein neues temporäres System zum Schutz gegen Hochwasser auf Baumessen in Chemnitz und Dresden

Auch die jüngsten Hochwasserereignisse zeigen, dass vielerorts das natürliche Rückhaltepotential von Uferbereichen schnell erschöpft ist und angrenzende...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Mittelstand 4.0 – Mehrwerte durch Digitalisierung: Hintergründe, Beispiele, Lösungen

20.01.2017 | Veranstaltungen

Nachhaltige Wassernutzung in der Landwirtschaft Osteuropas und Zentralasiens

19.01.2017 | Veranstaltungen

Künftige Rohstoffexperten aus aller Welt in Freiberg zur Winterschule

18.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Mikrobe des Jahres 2017: Halobacterium salinarum - einzellige Urform des Sehens

23.01.2017 | Biowissenschaften Chemie

Einem neuen, effektiven Fertigungsverfahren auf der Spur

23.01.2017 | Förderungen Preise

21.500 Euro für eine grüne Zukunft – Unserer Umwelt zuliebe

20.01.2017 | Unternehmensmeldung