Wird auch die Physik von KI erobert? Fünf seit mehr als 20 Jahren bestehende offene Quantenprobleme wurden durchbrochen.

Schrecklich, wie viele Tage sind eigentlich schon vergangen?

Wie kommt es, dass die KI gerade erst die Mathematik durcheinandergebracht hat, und nun schon die Physik ins Wanken geraten lässt......

Gerade eben wurde bekanntgegeben, dass fünf schwierige Probleme der Quanteninformation mit KI-Unterstützung gelöst wurden.

Dahinter steckt ein mysteriöses Unternehmen namens Physical Superintelligence (kurz PSI).

Sie behaupten, dass sie mit Hilfe ihres selbst entwickelten KI-Forschungssystems Fortschritte bei fünf offenen Problemen der Theorie der Quanteninformation erzielt haben; die Arbeiten, die formalen Beweise in Lean und der Prüfcode wurden alle auf GitHub zur Überprüfung durch Wissenschaftler veröffentlicht.

Was ist PSI, das vor weniger als zwei Monaten gegründet wurde, überhaupt für ein Unternehmen?

Was hat PSI eigentlich gelöst?

Die von PSI in diesem Fokus behandelte Quanteninformationswissenschaft untersucht hauptsächlich, wie man die besonderen Gesetze der Quantenmechanik zur Speicherung, Verarbeitung und Übertragung von Informationen nutzt, um die Grenzen der Rechenleistung herkömmlicher Computer zu durchbrechen und sicherere Kommunikationsverfahren zu erforschen.

Die fünf schwierigen Probleme, die sie diesmal mit KI herausgefordert haben, stammen alle aus dem 27 Jahre alten Katalog der Offenen Quantenprobleme (OQP, Open Quantum Problems).

Dieser Katalog offener Probleme wurde 1999 von dem deutschen Physiker Reinhard Werner gegründet und sammelt speziell wichtige Forschungsprobleme, in denen die Quanteninformationsgemeinschaft seit langem steckt.

Die fünf diesmal gelösten Probleme erstrecken sich über fünf Kernrichtungen: Verschränkungsreinigung, Quantenfeldtheorie, hochdimensionale Quantenkommunikation, Kapazität von Quantenkanälen und Quantenkausalität, darunter:

OQP 2｜Nicht-Destillierbarkeit der Verschränkung von Zuständen mit negativer Partialtransposition

OQP 12｜Vakuumverschränkung und Bell-Ungleichungen

OQP 27｜Optimale Messung der CGLMP-Bell-Ungleichungen

OQP 38｜PPT-Quadrat-Vermutung und Verschränkungszerstörung

OQP 43｜Reinigungseigenschaft von quantenkausalen Prozessen

Auf den konkreten Beweisprozess wird hier nicht näher eingegangen. Man muss nur wissen, dass drei der fünf Probleme (OQP 2, OQP 12, OQP 27), bei denen PSI diesmal Fortschritte erzielt hat, bereits zu Beginn dieses Jahrhunderts aufgenommen wurden. Das sagt schon alles.

„Das fortschrittlichste physikalische Forschungslabor der Welt“

Geht man auf die Website von PSI, ist sie schlichtweg völlig leer; die Überwindung der Probleme der Quanteninformation ist zugleich ihr erstes Ergebnis.

Immerhin wurde dieses Unternehmen erst am 1. September dieses Jahres offiziell der Öffentlichkeit vorgestellt.

Aber wenn sie einmal handeln, überraschen sie alle: Bei ihrer Vorstellung äußerten sie gleich ihre große Ambition, „das fortschrittlichste physikalische Forschungslabor der Welt“ aufzubauen.

Das Gründungsteam von PSI ist ziemlich interessant, vor allem Alex Wissner-Gross, Gründer und Chefwissenschaftler, ist der interessanteste von allen.

Dieser Mann hat am MIT gleichzeitig drei Bachelor-Studiengänge in Physik, Elektrotechnik und Mathematik abgeschlossen und zudem als Jahrgangsbester der Ingenieurwissenschaftlichen Fakultät seinen Abschluss gemacht......

Was bedeutet es, diese drei Fächer gleichzeitig zu studieren? Sagen wir es so: Nach ihm hat das MIT die Möglichkeit, drei Studiengänge gleichzeitig zu absolvieren, abgeschafft, mit der Begründung, dass „zu wenige Menschen dazu in der Lage sind, sodass diese Option keinen großen Sinn hat“.

Daher kann Wissner-Gross sogar den Titel „der letzte Bachelor-Absolvent mit drei Studiengängen in der Geschichte des MIT“ tragen.

Vielleicht hat der Genius nach einigen Versuchen festgestellt, dass er die Physik am meisten mag, sodass er 2007 an der Harvard-Universität seinen Doktortitel in Physik erwarb.

Man muss sagen, dass sein Verständnis von „KI + Physik“ der Zeit weit voraus ist.

Bereits 2013, als das Deep Learning noch in den Kinderschuhen steckte, stand er auf der Bühne von TEDx und erklärte intelligentes Verhalten mit der „kausalen Entropiekraft“ aus der Physik.

Er stellte eine sehr kühne Idee vor.

Intelligenz kann man als eine Tendenz verstehen, die die zukünftigen Handlungsmöglichkeiten ständig vergrößert.

Das ist vielleicht nicht leicht zu verstehen, ich gebe ein Beispiel.

Wenn du zum Beispiel in der U-Bahn stehst, warum bemühst du dich, das Gleichgewicht zu halten, damit du nicht stürzt?

Nach seiner Theorie liegt das daran, dass du, sobald du stürzt, weniger Handlungsmöglichkeiten hast. Wenn du aber stehst, kannst du dich in Zukunft immer noch vorwärts, rückwärts, links oder rechts bewegen.

Solange man also der Regel „Maximierung der zukünftigen Möglichkeiten“ folgt, kann das System spontan intelligentes Verhalten wie Werkzeuggebrauch oder Kooperation zeigen.

Obwohl das plausibel klingt, ist diese Idee bisher noch nicht bewiesen.

Genau dieser geniale Wissner-Gross konnte es dieses Jahr nicht mehr aushalten und schlug vor, „Alles zu lösen“.

In zwei Artikeln, die er im Februar dieses Jahres veröffentlichte, stellte er die heutige Konzeption von PSI vor.

Darin gibt es viele Gedanken, die mit der Gegenwart übereinstimmen: „Die Singularität braucht eine Physikabteilung.“

„Die Ära der Beweise ist gekommen.“

Neben diesem Genius ist auch der Mitbegründer und Präsident von PSI, Alex Klokus, sehr interessant – er ist der Gründer von Futurism, einem bekannten US-Technologiemedium.

Der Finanzierungshintergrund zeigt direkt ihre Stärke. Bei der Vorstellung im September gab PSI bekannt, dass sie eine Seed-Finanzierungsrunde von 58 Millionen US-Dollar abgeschlossen haben.

Der Lead-Investor ist Breakthrough Energy Ventures, das von Bill Gates gegründet wurde.

Hinter diesem Fonds stehen Größen aus Technik und Wirtschaft wie Jeff Bezos, Gründer von Amazon, Jack Ma, Gründer von Alibaba, und Richard Branson, Gründer der Virgin Group, der speziell in Spitzentechnologien investiert, die die Energiewende vorantreiben können.

Zu den Co-Investoren gehört auch das alteingesessene Silicon-Valley-Venture-Capital-Unternehmen SV Angel. Sein Gründer Ron Conway ist ein berühmter Angel-Investor, der schon früh auf Technologieunternehmen wie Google, PayPal und Twitter gesetzt hat.

Darüber hinaus beteiligte sich Balaji Srinivasan, ehemaliger Partner von a16z, an der Investition, zudem wurden Einzelinvestoren aus Technologieunternehmen wie OpenAI, Nvidia, Hugging Face und Oracle angezogen.

Wissenschaftliche Entdeckungen zur „skalierten Produktion“ bringen

Nach all dem lässt sich die Vision von PSI in einem Satz zusammenfassen: Wissenschaftliche Entdeckungen „vom Genie zur Skalierung“ zu bringen (From Genius to Scale).

Seit Hunderten von Jahren hängen die Sprünge der menschlichen Grundlagenwissenschaft fast ausschließlich von einzelnen genialen Persönlichkeiten wie Newton und Einstein ab, die plötzliche Geistesblitze haben.

Aber PSI ist der Ansicht, dass diese rein handwerkliche Forschungsarbeit bereits an eine Decke gestoßen ist – warum sonst leben wir im 21. Jahrhundert immer noch auf der physikalischen Grundlage des 20. Jahrhunderts?

Wissenschaftliche Entdeckungen sollten nicht mehr von der menschlichen Zeit abhängig sein.

PSI nennt die grundlegende Forschungseinheit „Autonomous Campaign“ (autonome Forschungsaufgabe) und hofft, dass die Forschung von der Problemdefinition, der Hypothesenaufstellung, der Überprüfung und dem Experiment bis hin zur technischen Bereitstellung kontinuierlich läuft.

PSI ist zudem der Ansicht, dass im Zeitalter der KI zwar Ideen nicht mehr knapp sind, die Wahrheit aber immer noch rar ist.

Große Modelle können schnell hunderte Vermutungen generieren, aber diese sind noch weit davon entfernt, zur Wahrheit zu werden.

Um dieses Problem zu lösen, trennt das von PSI entwickelte selbst entwickelte KI-Forschungssystem Emmy (eine Hommage an Emmy Noether, die große Mathematikerin und Begründerin der theoretischen Physik des 20. Jahrhunderts) die beiden Schritte „Generierung“ und „Überprüfung“ voneinander.

Sein Arbeitsablauf ist ungefähr folgender:

Zuerst zerlegt Emmy angesichts eines großen offenen physikalischen Problems mit Hilfe modernster großer Modelle es in unzählige winzige, überprüfbare mathematische Teilhypothesen.

Anschließend werden die Hypothesen direkt in den formalen Lean-Beweiser, die symbolische Berechnungsmaschine und den hochpräzisen Prüfcode eingespeist, um streng geprüft zu werden. Auf diese Weise werden fehlerhafte Hypothesen sofort ausgeschieden, während Pfade, die die lokale Überprüfung bestehen, beibehalten und weiterentwickelt werden.

Solange der endgültige Lean-Code kompiliert wird, bedeutet das, dass dieses physikalische Theorem in mathematischer Logik zu 100% unangreifbar ist.

Die Überprüfungsergebnisse im Prozess können zudem als Belohnungssignal zum Training der nächsten Generation von KI-Physikern dienen, das System ständig verbessern und so die Skalierung wissenschaftlicher Entdeckungen erreichen.

One More Thing

Das klingt alles sehr gut, aber es stellt sich die Frage: Wie will ein solches Unternehmen, das physikalische Theorien erforscht, Gewinne erzielen?

Ich habe mir ihre laufenden Projekte angesehen – sie sind ziemlich praktisch.

Sie planen, zuerst mit den realistischsten Problemen Geld zu verdienen.

Welche denn? KI-Rechenzentren.

Die heutigen Supercomputercluster sind im Wesentlichen ein extrem komplexes makroskopisches physikalisches System, bei dem es hochgradig gekoppelte technische Optimierungsprobleme zwischen Stromversorgung, Kühlung, Netzwerk und Rechenressourcen gibt.

Das passt genau. Das Emmy-System kann ausgehend von den grundlegenden physikalischen Gesetzen Stromversorgung, Wärmeabfuhr, Kommunikation und Rechenleistung als eine gesamte Gleichung lösen und so einen höheren Energieeffizienzgrad an der physikalischen Grenze finden.

Noch interessanter ist, dass PSI neben dem Geschäft auch einen privaten Auftrag eines einzelnen Investors (wahrscheinlich eines Science-Fiction-Fans) übernommen hat.

Die interstellare Mission Fermi Explorer.

PSI kündigte an: Ab sofort bauen wir Raumschiffe!

Laut der offiziellen Ankündigung planen sie, die Tiefenraumsonde „Fermi Explorer“ vor 2029 zu starten.

Mit Hilfe des von dem Emmy-System im Rahmen der bestehenden physikalischen Grenzen optimierten besten Leichtbau-Engineering-Konzepts wird dieses Raumschiff das Sonnensystem verlassen und 80.000 Jahre brauchen, um zu Alpha Centauri zu fliegen, das 4,2 Lichtjahre von uns entfernt ist – die Heimat der Trisolaraner und von Avatar.

Obwohl wahrscheinlich kein Mensch diesen Tag erleben wird, wünschen wir ihnen viel Erfolg.

Referenzlinks:

[1] https://psi.inc/