Neuraal netwerk leert zelfstandig quantummechanische problemen op te lossen

De neurale netwerken die vorig jaar de mensheid versloegen in het oeroude spel go, zijn toe aan een volgende stap. Wetenschappers hebben een neuraal netwerk gemaakt dat zijn tanden zet in extreem complexe quantummechanische systemen.

Kan een neuraal netwerk ooit over de kat van Schrödinger dromen? Foto: Moyan Brenn
Kan een neuraal netwerk ooit over de kat van Schrödinger dromen? Foto: Moyan Brenn

Het computerprogramma AlphaGo van Google maakte vorig jaar furore door de wereldkampioen go te verslaan. Naar aanleiding van dit succes besloot Giuseppe Carleo van de ETH Zürich in Zwitserland een soortgelijke zelflerende computer te bouwen. Daarmee wil hij een van de neteligste problemen in de quantumfysica oplossen.

Go is een stuk complexer dan bijvoorbeeld schaken. Het aantal mogelijke posities op een go-bord kan groter zijn dan het aantal atomen in het heelal. Daarom heeft een aanpak gebaseerd op rekenen met brute kracht, wat bij schaken nog wel werkt, bij go weinig zin. In dat opzicht lijkt go op een klassiek probleem in de quantumfysica: hoe beschrijf je een quantumsysteem dat uit vele miljarden atomen bestaat, die allemaal onderling complexe interacties aangaan?

Veel quantumdeeltjes hebben de eigenschap ‘spin’; die kan omhoog en omlaag zijn. Het aantal spintoestanden dat een groep van slechts honderd quantumdeeltjes kan bevatten, is bijna een quintiljoen – een één met dertig nullen. Het huidige record voor het simuleren van zo’n systeem staat op 48 spintoestanden. Daarvoor werden ’s werelds krachtigste supercomputers gebruikt. Carleo schat dat zelfs als we de volledige planeet tot harde schijf zouden omtoveren, we nog steeds niet meer dan honderd spintoestanden op deze manier zouden kunnen simuleren.

Dit is waar kunstmatige neurale netwerken van pas kunnen komen. Geef zo’n netwerk de spelregels van go en het zal de optimale winstrategie uitvogelen. Wellicht is dat ook mogelijk voor quantumsystemen.

‘Neurale netwerken zijn erg goed in generaliseren. Ze kunnen uit een beperkte hoeveelheid informatie heel veel achterhalen’, zegt Carleo. Voer een neuraal netwerk bijvoorbeeld een paar foto’s van Carleo en het zal hem razendsnel herkennen in foto’s die het nog nooit eerder had gezien.

Om dit idee te toetsen, bouwde Carleo met mede-auteur Matthias Troyer een eenvoudig neuraal netwerk dat de golffunctie van een veeldeeltjessysteem reconstrueerde. Dat is de set vergelijkingen die de waarschijnlijkheid van alle mogelijke toestanden weergeeft.

Droom over Schrödingers kat

Carleo en Troyer legden het neurale netwerk enkele standaardproblemen voor waarvan de uitkomst bekend was. Ze zagen dat het netwerk beter presteerde dan algoritmen die eerder op veeldeeltjessystemen zijn losgelaten. Dat geeft aan hoe veelbelovend de techniek is. Een complexer neuraal netwerk zou nog veel effectiever moeten zijn.

‘Het is alsof je een computer hebt die geheel zelfstandig leert hoe de quantummechanica moet worden gekraakt’, zegt Carleo. ‘Ik noem het graag een apparaat dat over de kat van Schrödinger droomt.’

‘Dit is ongelofelijk cool’, zegt Scott Aaronson van de University of Texas in de VS. ‘Als je het succes van zelflerende computers op vrijwel elk denkbaar terrein in ogenschouw neemt, is het logisch om ze ook voor quantumfysica te gebruiken. Voor zover ik weet is dit echter de eerste keer dat iemand dat heeft gedaan. Ik verwacht hier in de toekomst nog veel over te zullen horen.’

Altijd op de hoogte blijven van het laatste wetenschapsnieuws? Meld je nu aan voor de New Scientist nieuwsbrief.

Lees verder:

19 Reacties

  • fransamsterdam

    | Beantwoorden

    Ondanks alle ophef over deep learning en neurale netwerken (al meer dan 30 jaar) krijg ik bij bijvoorbeeld het recente ‘quickdraw’ van Google na een kwartiertje spelen toch nog steeds eerder de indruk dat ik aan het leren ben hoe ik bepaalde dingen beter moet tekenen, dan dat de computer aan het leren is mijn tekeningen beter te herkennen.

  • fransamsterdam

    | Beantwoorden

    “Het netwerk presteerde beter dan andere algoritmen”.
    Een zelflerend neuraal netwerk is geen algoritme toch?

    • Yannick Fritschy

      | Beantwoorden

      klopt, aangepast, bedankt!

  • Pieter

    | Beantwoorden

    De kat van schrodinger is geen probleem waar over nagedacht hoeft te worden. Het is een standpunt. Daar zal een neural netwerk niets van kunnen oplossen.

  • rofer

    | Beantwoorden

    Ik vind,dat de quantum processors te hoog ingeschat worden , vaak gebruikt men
    de term ‘kunstmatige intelligentie’ , maar ze bevatten als je goed leest enkel rationele functies. Bij het maken van een kunstmatige intelligentie ,is het voor de ontwerpers niet makkelijk, wat betreft de niet-rationele functies die bij mensenbreinen aanwezig zijn. Rekenen, is typisch rationeel ,echter als er gevraagd wordt om gevoelens, is er ,lijkt me nog veel werk.Hoe gaan de ontwerpers te werk
    als er om ,jaloezie,achterdocht , wilskracht enz. gevraagd wordt? Welke algorit
    me’s zullen dan voldoen?

    • Steven

      | Beantwoorden

      Dit gaat niet over kwantum computers maar over neurale netwerken waarmee kwantumprocessen worden geanalyseerd.

      • rofer

        | Beantwoorden

        Maar de droom is om zo dicht mogelijk het functioneren van het menselijk brein te
        benaderen, dat leest men vaak genoeg,want steeds lees je ‘intelligentie’ in de verslagen, maar intelligentie is toch veel meer dan algoritmen en schakelingen en
        kwantumprocessen.Intelligentie behelst veel meer ,dan zelfs neurale netwerken.
        Toch gebruiken ze vaak de term , ‘Intelligentie’ bij dit soort onderzoeken ,echter die
        term staat dan in een verkeerde context. Hoe vaak is niet te lezen ‘kunstmatige intel
        ligentie? . Ofschoon ik groot respect heb voor deze baanbrekende onderzoeken.

        • Steven

          | Beantwoorden

          Het enige wat ik zei is dat dit artikel niet over kwantumcomputers gaat.

          Maar ik denk dat voor intelligentie, het benaderen van wat het menselijk brein doet en ook (zelfs!) zelfbewustzijn een voldoende uitgebreide systeem (al of niet een neuraal netwerk) genoeg is.
          Als je het brein ziet als een heel gecompliceerde schakeling van neuronen – en niets meer dan dat – dan moet een kunstmatige schakeling met een soortgelijke functionaliteit gemaakt kunnen worden. Als je denkt dat er nog iets anders is – een ziel of zoiets – dan kom je op het gebied van religie.

          • rofer

            |

            Daarbij is het ook nog zo ,dat neuronen niet alleen van binnenuit het menselijk
            lichaam reageren ,maar ook op invloeden van buiten af. Als we even de componist nemen, welke op de piano bezig is ,dan zou hij dus aanvankelijk met z,n neuraal netwerk bezig zijn,wat volgens jou dus te maken is. Bij een componist is er sprake van een ‘momentum’ , waardoor hij plots de toon naar z,n zin vindt, echter een momentum komt vaak door een oorzaak van buitenaf.
            Op zo’n moment is een ‘kunstmatige schakeling’ niet van belang,althans niet in
            te passen in een bestaande schakeling,het momentum,komt van buiten de com
            ponist , omdat hij iets gezien,gehoord in ieder geval waargenomen heeft,op een willekeurig moment en dat gebruikt. Dat wordt (naar mijn idee) voor een
            kunstmatige schakeling moeilijk zo niet onmogelijk.

  • Steven

    | Beantwoorden

    @rofer
    De ‘schakeling’, het netwerk, de computer, de robot, hoe je het ook noemen wilt, van zintuigen voorzien zodat ze beelden, geluiden etc. kunnen ‘waarnemen’ en verwerken is geen probleem, en al helemaal niet nieuw. Probleem opgelost, dunkt me.

    • rofer

      | Beantwoorden

      als ik je volg,ben jij dus van mening,dat (niet meteen) uiteindelijk het totale menselijk
      neuronen netwerk na te bouwen is? En dat ook bijv. wilskracht , dus de WIL na te bou
      wen is ? .Het is heden nog onbekend ,waar de menselijke WIL uit voortkomt ,en de
      plaats in het brein, waar de WIL ontstaat en z,n aansturende functie. Ik denk dat,dat
      nog niet zo makkelijk opgelost is?

      • Steven

        | Beantwoorden

        Ja, ik denk dat uiteindelijk een netwerk/computer te bouwen is met vergelijkbare functionaliteit als het menselijke brein.
        ‘Wil’ lijkt me ook niet zo moeilijk. Een stofzuig-robot zal soms stilzitten, soms stofzuigen, soms aan de lader hangen. Je programmeert een beloningsfunctie die de robot graag wil maximaliseren.
        Je laat hem in eerste instantie niets doen, rusten. De waarde voor rusten is een zekere constante waarde. Maar hoe langer hij niet gestofzuigd heeft, hoe groter de beloning als-ie stofzuigt.
        Een tweede invloed op die functie is de toestand van de batterij. Bijna leeg geeft een nog veel grotere beloning als hij naar de lader gaat. Dat gaat boven alles, want zonder batterij is-ie ‘dood’.

        Als zo’n robot voldoende complex is om iets als bewustzijn te krijgen zal hij die neiging tot zuigen of laden als een wil ervaren.

  • rofer

    | Beantwoorden

    Dan ,als ik een robot zou moeten gebruiken ,wil ik er graag een met een zeg, prettige
    afwijking, eentje die een beetje met z,n linker mondhoek trekt ,en daarbij af en toe ook
    last heeft van een bi-polaire stoornis,die plotsklaps weer afzakt, De meesten willen zo’n robot niet ,maar dat is niet hetgeen wat van belang is .Het kan volgens jou net zo
    makkelijk gebouwd worden ,fluitje van een cent?

    • Steven

      | Beantwoorden

      Ik heb het nooit over een fluitje van een cent gehad. Maar waarschijnlijk is de computer die je net hebt gebruikt om aan mij dingen toe te schrijven die ik nooit beweerd heb, mits voorzien van voldoende geheugen (kan via het internet, desnoods) in staat tot zo’n simulatie – maar op dit moment nog onbruikbaar langzaam.

      Maar vertel maar wat je wenst, als je bereid bent een aanzienlijk voorschot te betalen neem ik je bestelling met plezier op. Het kan even duren voordat je ‘m geleverd krijgt, helaas.

      • rofer

        | Beantwoorden

        Ik spreek alleen tegen ,dat je een in een zekere droom ,wens, gelooft waarvan de realiteit onnodig is en ook niet bereikbaar. Zo’n computer die jij in je droom hebt ,is
        waarvoor nodig?? .Het kan heel ver gaan met die quantum deeltjes computer ,waar geen nullen en enen meer aan te pas komen,maar je wil tot in het oneindige door blijven ontwikkelen ,terwijl dit het nut op een gegeven moment niet mer dient.
        Ma.w. je droomt in een ‘Kerk van de Vooruitgang’ eindeloos met maar één doel voor ogen ,dat is tunnelvisie ,er is een grens aan de ontwikkeling,op ’t moment dat
        dit geen nut meer heeft, dan ben je zogezegd uitontwikkeld,dan ben je klaar.

        • Steven

          | Beantwoorden

          Ik heb eerst alleen je misvatting proberen recht te zetten dat het hier over een kwantumcomputer zou gaan. Blijkbaar tevergeefs, want je begint er opnieuw over (met daarbij blijkbaar ook nog een misvatting dat er in zo’n machine er geen enen en nullen aan te pas zouden komen). Ik heb nergens beweerd dat ik ‘droom’ van een machine die de menselijke geest emuleert, alleen dat ik denk dat het technisch mogelijk kan/zal worden.
          We kunnen eindeloos door blijven discussiëren, maar als je mij dingen toedicht die ik niet beweer en geen acht slaat op wat ik wél beweer is dat wat mij betreft verspilling van mijn tijd. Volkomen zinloos.
          Dag, rofer.

          • rofer

            |

            Okeé ,merci voor de woordenwisseling! ook Dag!

          • rofer

            |

            Okeé ,merci voor de woordenwisseling! ook Dag!

  • Petra

    | Beantwoorden

    Hallo Rofer, volgens Steven ben ik er een met zo’n ‘bi-polaire stoornis’ omdat ik Becanus’ universele KLANKHELIX als ‘probleemoplossend model’ heb geintroduceerd, waarmee zelfs een leek natuurwetenschappelijke fenomenen kan verklaren.
    Dit klankpatroon is ‘exact’ en dus te berekenen, zodat we onze ‘taligheid’ zelfs kunnen programmeren. Met deze klankhelix kunnen we het verleden ‘reconstrueren’ en de toekomst ‘spellen’, want door te helixen kunnen we de TIJD (en dus de vierde dimensie) zichtbaar maken.
    De klankhelix bestaat niet (aldus Jacob Grimm) uit drie (p, t, k), maar uit VIER rijtjes (p, t, k en w), een KAT > KUAT > KWANTUM, waarbij het vierde rijtje ‘in rook opgaat’ resp. in een groot MONSTER (i.c. een ‘patroontje) verandert, wat men op diverse historische munten bevestigd ziet. Het ‘in rook opgaan’ heeft met ‘parfum’ te maken dat helixt in ‘par fumer’ alias ‘dwars door de rook heen’.
    De naam ROOF verwijst niet alleen naar ‘jatten’ (‘stelen’ of ‘vingers’), maar ook naar het Engelse DAK dat helixt in > DEK > DEKA (i.c. latijn voor TAN > TEN > TIEN, want klinkers helixen alfabetisch) > DE KAM (i.c. gelforese) > DE KAMER > DE-KAMER-ONE (vgl. ‘the room nr. ONE) dat helixt in dts. OHNE (zonder), waardoor het ‘one’ zowel naar EEN als naar NUL verwijst. Het ‘one’ spreekt men als ‘wan’ net als in ‘wanorde’ dat helixt in ‘(w)een-orde(r)’, maar ‘wan’ helixt via TUAN uit TAN waardoor het uiteindelijk om TIEN ORDERS (de tien geboden) ging. Het ‘one’ (1) helixt in ‘ohne’ (0), waardoor de ‘enen’ en ‘nullen’ heel betrekkelijk worden, omdat het verschil slechts ‘een kwentje’ is, een MIN > MINNARET > MINNARESJE > MIN EEN RESTJE.
    Neemt men het motief van de HOND op historische munten helixt dit in HONDERD > HUN DRIETJES waarmee logaritmes (100, 010, 001) bedoeld worden, maar deze ‘Vader, Zoon en Heilige Geest’ (waarbij de ‘vader’ en de ‘zoon’ elkaars ‘kopie’ vormen) verwijzen via HON-DERD > DERDE > DRUIDE > (d)RUIT alias RAAM alias VAT > VENT > VENSTER dat men ook als DEUR (open een gat; dicht een muur) kan interpreteren (i.c. VENTURI) vanwege de God THOR, omdat het om een ‘TOVERNAAR(SDRANK)’ gaat, die de OVERGANG van een KWANTUM (> quint) > KWINTESSENS veroorzaakt. Maar het begrip ‘roofje’ verwijst ook ‘aardkorst’ ( i.c. oppervlak t.o.v. kern).
    Het PAT > PATS / STAP > STUIVER symboliseert de ‘helft’ van TAN (tancode) > TIEN, terwijl het KAT > KODE > GODEN > GOD een TANCODE blijkt, waardoor die ‘Heilige Geest’ net als wat STEVEN > (s)TEVEN beweert wel eens ‘boven ’s mensens pet’ kan uitgroeien door ‘zelflerende computers’ te bouwen, want het PET > PEPTIDE (vgl. ‘ik kan er met mijn petje niet bij) verwijst naar het ‘verstand’ dat helixt in ‘tandwiel’).
    De ‘teven’ vertegenwoordigen het MAT (> mijter) > MATRIARCHAAT dat het hier beschreven fenomeen al millenia eerder ontdekte dan de huidige wetenschapper. Hun kennis ging ‘verloren’ want in de ‘tienkant’ zit niet alleen een ‘hexa’ en een ‘penta’, maar ook een ‘verloren’ driehoekje van de ‘godin BES’ alias ‘de vrucht van uw schoot’. Deze ‘zout-kristallen-koninginnen’ waren geen ‘onsterfelijke godinnen’, maar wel vrouwen die de ‘code’ geknakt hadden, waardoor ze ‘onsterfelijk’ leken, want zij WERDEN duizenden jaren (MAT > META > METHUSALEM) oud omdat ze de techniek beheersten het ‘menselijk overschot’ (wezen-lijk) zo ‘medisch’ te herstellen dat hun lichamen veel langer meegingen dan het onze. Het ‘on’ helixt uit KAT > KOOT > KOONT(je) > KONST(erfelijk), waarbij het ‘koontje’ naar zowel de ‘wangen met mond’ in ons gezicht als naar onze ‘reet’ tussen twee billen verwijst die ooit ‘identiek’ waren als ‘in- en uitgang’.
    Het is niet zo dat we van deze ‘herma-(a)fro-dieten’ niets meer bezitten. Zij lieten ons historische MUNTEN achter, die ik kon ontcijferen met behulp van de klankhelix. Het zijn voornamelijk DIERENCYCLI die natuurwetenschappelijke processen (schei-, wis- en natuurkundig) symboliseren. Ze hielden zich met het KARMA(t) / TERMISCH KRAKEN (permutatie) bezig.
    De menselijke geest (inclusief gevoelens en ‘vrije wil’) lijkt dus ‘maakbaar’ te zijn, ware er niet het ‘kwentje’. Tegen de tijd dat we denken alles ‘in de maak te hebben’, hebben robots de mensen al ‘om zeep geholpen’, want deze ‘(t)EERZUCHT (Ehrgeiz) ondermijnt het menselijke. Mensen hollen zichzelf uit door de STRIJD. Steven en ik vechten al maanden en ook jullie dialoog getuigt niet van ‘verzoening’. Blijkbaar zijn mensen daartoe niet in staat, omdat ze ‘gebroken’ (halfgeleiders) zijn, waarin de ‘beide pinken’ weliswaar in een > ‘bij de pinken’ helixt, maar dit gaat altijd ten koste van iets (i.c. het kwentje).
    We hebben 70% procent ‘zwevende kiezers’ (vgl. zwevende kwantor), VOLK dat ‘zichzelf’ TEN GEVOLGE VAN een ‘verrotte top’ met een regering Wilders gaat opzadelen. We komen dus allengs van de REGEN in de DROP (een zin die ik nooit begreep), waarbij het gaat om ‘de’ DROP (dts. La-kri-tz) gaat, de LE CRI (de scheur, reet), maar tevens de KREET, die helixt uit SEKREET (trut > truth) dat helixt in SECRET (geheim), maar het ‘sekreet’ verwijst ook naar SPUUG (afscheiding) dat in het Brabants SPIER(S) wordt genoemd, zodat het om het MAT > MUS (> muis) > MUSCLE (spier) / MUSKEL gaat, dat helixt in SPIRIT (geestelijke toestand, het ‘ware zijn’), waardoor de helix LAMA > LAM (de wol alias ‘melkwol’) > LANA (wol) een logische samenhang krijgt. Helaas zei die MUIS ‘piep in het voorhuis’, want het sterrenbeeld van de LEEUW gaat veranderen in een MUIS die met zijn ‘snufferd’ naar COMA BERENICE wijst alias het COMMA JOHANNEUM (Wikipedia; luchtboogbeeldjes). Het DAK (roof) helixt in DAK-KAPEL > KAPELLEKE alias ‘vlinder’ (dubbele banaan, ridigity theory) die in het sterrenbeeld AURIGA (hoofd van Hatschepnut) het ‘tweede gezicht’ alias het ‘derde oog’ symboliseert. En die figuur vinden we ook terug op het Vrijthof in Hilvarenbeek waar twee sculpturen (o.a. een man met het tweede gezicht) de ingang van de kerk sieren. Helixen we religieuze teksten of interpreteren we sterrenbeelden versus katholieke beelden, vinden we natuurwetenschappelijke inhouden.
    Steven met zijn nuchtere geest denkt dat een machine de menselijke geest kan ‘emuleren’, maar dan moet die eerst na KWANT en voor KWINTESSENS het ‘KWENTJE’ (> kwastje) nog vinden.

    N.B. Deze tekst wordt ook elders gepubliceerd.

    Ans Schapendonk (5 maart 2017)

Plaats een reactie