Mit einem Quantencomputer
Worum es bei der Beschleunigung geht
Wie die Zeitung „Kommersant“ berichtet, haben Forschende aus Russland einen Ansatz vorgestellt, der Abläufe rund um die Bewegung von Robotern um ein Vielfaches schneller machen soll – konkret ist von einem Faktor 30 die Rede.
An dem Verfahren arbeiteten unter anderem Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus dem Wissenschaftlichen Labor für Künstliche Intelligenz, Datenanalyse und Modellierung nach Professor A. N. Gorbunow der Zentraluniversität, dem Institut für KI der Universität Innopolis sowie weiteren Einrichtungen. Ziel ist es, die Robotersteuerung zu beschleunigen.
Gemeint ist dabei vor allem die Verzögerung zwischen der Entscheidung, in welcher Position ein Roboter (oder ein Teil von ihm) sein soll, und dem Moment, in dem die entsprechende Bewegung tatsächlich einsetzt.
Inverse Kinematik und Quanten-Annealing
Zusätzlich wird davon ausgegangen, dass Bewegungen gleichmässiger ablaufen und zugleich hinsichtlich des Aufwands besser optimiert sind – der Roboter soll also keine überflüssigen Bewegungen ausführen.
Inhaltlich geht es um das, was als inverse Kinematik bezeichnet wird. Während Menschen normalerweise nicht bewusst darüber nachdenken, wie sie eine bestimmte Bewegung ausführen (zum Beispiel mit dem Arm), muss ein Robotersystem exakt „wissen“, wie seine einzelnen Elemente angesteuert werden, damit eine gewünschte Bewegung zustande kommt.
Die Idee der Forschenden besteht darin, die Aufgabe in ein Format zu überführen, das für einen Quantencomputer geeignet ist. Dabei werden die Winkel zwischen den „Gelenken“ eines Roboters als spezielle Folge von Ketten aus Nullen und Einsen kodiert; die Suche nach der optimalen Position wird dann auf das Finden des Minimums einer quadratischen Funktion dieser Nullen und Einsen zurückgeführt.
Ein solches Format ermöglicht es, Quanten-Annealing – eine Technologie, die in neuen Prozessoren umgesetzt ist – zu nutzen, um in einem komplexen Lösungsraum das globale Minimum zu finden und damit Bewegungen zu optimieren. Das ist vergleichbar damit, wie beim Menschen viele Muskeln sich anspannen und entspannen, damit die Hand eine Kaffeetasse präzise greifen kann.
Die Experimente wurden auf einem realen Quantenprozessor von D-Wave durchgeführt. Dabei untersuchten die Forschenden, wie stark die Länge der Kette (also die Leistungsfähigkeit des Prozessors) die Genauigkeit der Aktionen und die Laufzeit des Algorithmus beeinflusst. Die Ergebnisse zeigten, dass hybride quanten-klassische Algorithmen gegenüber klassischen siliziumbasierten Methoden eine Beschleunigung von mehr als 30-mal erreichten.
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