Quanten-Computing helfen Computer die menschliche Sprache zu verstehen?

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Quanten NLP (Natural Language Processing)

Kann Quanten-Computing die Computer dazu bringen, die menschliche Sprache wirklich zu verstehen?

Agata Chudzińska

Agata Chudzińska
AI Manager
11. Februar 2021

Quantenüberlegenheit

In den letzten Jahren war das Quanten-Computing eines der weltweit größten IT-Themen. 2019 veröffentlichte Google ein Paper, welches besagte, dass ihr Quantencomputer die Quantenüberlegenheit erreicht hatte. Dieser konnte nun Aufgaben lösen die ein klassischer Computer nicht mehr lösen konnte. Da beginnt man sich natürlich zu fragen, ob dies der Moment sei, wo Quantencomputer die IT für immer verändern werden. Aber wie Deutsche gerne zu sagen pflegen, denke ich, dass die Antwort auf diese Frage „Jein“ lauten könnte.

Was ist Quanten Computing?

Quantencomputer setzen die Gesetze der Quantenmechanik  in die Informationsverarbeitung ein, d.h. im Vergleich zu den klassischen Computern, die nur auf den Bits (0 oder 1 Werten) basieren, erlauben sie die Benutzung von Werten 0, 1 oder beiden auf einmal, durch Einsatz von s.g. Qubits oder Quanten Bits.

Die Aufgaben die von Quantencomputer gelöst werden können, lassen sich in drei Kategorien einteilen: abstrakt, sinnvoll (die Aufgaben machen Sinn, lösen aber kein echtes Problem) und praktisch (sie machen Sinn und lösen echte Probleme. Das zuvor erwähnte Beispiel von Google ließe sich in die „sinnvoll“ – Kategorie eingliedern.

Während Quanten-Computing und insbesondere Quanten Machine Learning zweifellos zu Durchbrüchen in der Entwicklung führen kann und wird – wie z.B in der Chemie und Biologie für die Entwicklung neuer Medikamente – kann es auch zu genialen Durchbrüchen in anderen Bereichen unseres Lebens kommen.

Was hat Quanten Computing mit künstlicher Intelligenz zu tun?

Trotz fortschrittlicher Rechenleistung von Computersystemen sind viele Aufgaben die im Bereich der Künstlichen Intelligenz und Big Data liegen so komplex, dass mit der heutigen Rechnerkapazitäten Aufgaben nahezu unlösbar sind. Dank den Quanteneigenschaften, können die Quantencomputer mehrere plausible Zustände auf einmal abbilden und dadurch ermöglichen auch die bisher sehr zeitintensive oder zu komplexe Probleme in kurzer Zeit zu lösen.

Quanten NLP, oder was hat die menschliche Sprache mit Quantenphysik zu tun?

Ein Teilbereich der Künstlichen Intelligenz ist die Verarbeitung natürlicher bzw. menschlicher Sprache, auch bekannt als Natural Language Processing (NLP). Dieser Bereich, zusammen mit den Unterbereichen wie NLU (Natural Language Understanding) und NLG (Natural Language Generation) soll Computer in die Lage versetzen, menschliche Sprache zu verstehen, zu interpretieren und zu generieren. Die Einsatzbeispiele von den Technologien sind z.B. virtuelle Assistenten wie Alexa oder Cortana, aber auch KI-Modelle welche Fake News automatisch erkennen.

NLP ergibt sich als ein nicht offensichtlicher aber sehr spannender Bereich, wo Quanten Computing auch riesiges Potenzial zeigen kann.

Auch wenn wir dank der neuen neuronalen Netzwerkarchitekturen, die in den letzten Monaten und Jahren veröffentlicht wurden, einen großen Durchbruch im Bereich NLP erleben, gibt es immer noch eine ganze Reihe von Aufgaben, bei denen die klassischen Computer noch Raum für Verbesserungen zeigen. Aufgaben wie Sentiment-Analyse, Ironie-Erkennung oder Spracherzeugung, auch wenn sie die Benchmarks schlagen, bieten noch Raum für weitere Entwicklung, bevor sie ein allgemeines Kompetenzniveau erreichen, das mit dem des Menschen vergleichbar ist (einige Ausnahmen gelten für gut trainierte Aufgaben).

Der schwierigste Teil, der mit den Sprachaufgaben verbunden ist, passt jedoch genau in die Charakteristiken des Quantenparadigmas, was eine bessere Darstellung von Mehrdeutigkeitsproblemen ermöglicht.

Quantencomputer löst erste vereinfachte Fragebeantwortungsprobleme

Quantum Natural Language Processing

Das Feld entwickelt sich ständig weiter und es gibt bereits erste aussagekräftige Beispiele von Implementierungen der Quanten-Natursprachverarbeitung, die an der Universität Oxford von Prof. Bob Coecke und seiner Forschungsgruppe durchgeführt wurden. Eines der ersten, die es erlauben, mit echten Quantencomputern erste vereinfachte Fragebeantwortungsprobleme zu lösen (Quelle).

Nach Schätzungen von Prof. Coecke, dauert es etwa 3-5 Jahre, bis wir wirklich praktische Implementierungen von Quanten-NLP sehen werden, aber er weist auch darauf hin, dass es sich dabei eher um eine völlig neue Art von Aufgaben handelt, die mit klassischen Computern gar nicht lösbar wären. Wir sollten nicht versuchen, mit Quanten Probleme zu lösen, die mit klassischen Computern bereits gelöst sind, sondern eher neue Anwendungsfälle und Arten von Problemen untersuchen, die klassische Computer nicht lösen können.

Am Ende des Tages werden solche Einsätze die besten Ergebnisse erzielen, in denen das klassische Computing und Quanten Computing zusammenarbeiten und ihre Stärken nutzen um komplexe Probleme zu lösen.

Auch wenn das Quanten-Computing derzeit ein wenig wie das nächste technologische Modewort aussehen mag, legen die aktuellen Entwicklungen den Grundstein für wirklich praktische Fälle, die in den nächsten Jahren kommen werden.

Entweder warten wir noch ein bisschen, bis es die IT, wie wir sie kennen, wirklich verändert – oder wir arbeiten lieber daran, sie zu verwirklichen, denn ohne Zweifel ist es ein sehr faszinierendes Feld, besonders in Kombination von KI-Algorithmen.

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