1,5 Millionen Euro Förderung für Mario Krenns Forschung zur Künstlichen Intelligenz in der Physik
Der Forscher Dr. Mario Krenn entwickelt künstliche Intelligenz (KI) um den Einfallsreichtum und die Kreativität menschlicher Forschender zu ergänzen. Dafür erhält der Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts, Erlangen einen ERC Grant in Höhe von 1,5 Millionen Euro Förderungssumme mit dem Ziel, die Effizienz und Geschwindigkeit wissenschaftlicher Entdeckungen im Bereich der Quantenphysik durch KI zu beschleunigen. Der ERC Grant wird an junge Forschende vergeben, um sie bei zukunftsweisenden Ideen zu unterstützen.
Durch den Boom neuer Möglichkeiten wird KI auch in der Wissenschaft immer häufiger angewendet, von Wettervorhersagen bis hin zur Mikrobiologie. Eine weitere Anwendung ist die automatisierte Entwicklung und das Design neuer Physik-Experimenten. Trotz des Einsatzes von KI in der Physik wird deren volles Potenzial noch längst nicht ausgeschöpft. Selbst die leistungsstärksten Systeme stoßen bisher an ihre Grenzen. Eines der Hauptprobleme bei der KI-basierten Entdeckung neuer Experimente in der Physik ist, dass diese Algorithmen wissen müssen, wie Experimente in der Natur funktionieren sollen. Dafür ist eine virtuelle Simulation des experimentellen Aufbaus nötig. Um ein neues nützliches Physik-Experiment zu designen, muss der Simulator Millionen Mal aufgerufen werden. Deshalb muss er einerseits extrem schnell und andererseits extrem vertrauenswürdig sein.
Mit seinem Projekt ARTDISQ (Artificial Scientific Discovery of Advanced Quantum Hardware with high-performance Simulators) schlägt Mario Krenn vor, die Simulatoren mit modernen, hoch-effizienten Methoden komplett neu zu schreiben. Dafür nutzt er die von Google entwickelte High-Performance-Sprache JAX. Ursprünglich wurden damit die neuronalen Netze des IT-Riesen trainiert. Statt neuronaler Netze schreibt Krenn nun physikalische Simulationssoftware in dieser Sprache, auf die seine KI-Algorithmen zugreifen können. In einem anderen Projekt zur Mikroskopie hat sich damit eine Beschleunigung um das 10.000-fache feststellen lassen. Das Ziel ist, dieses Potenzial auszuschöpfen und auf allgemeine Physik-Simulatoren zu übertragen.
Diese Simulatoren will Krenn dann für das Design neuer quanten-basierter Hardware verwenden. “Ich hoffe, dass ich mithilfe von KI neue, unorthodoxe Technologien entwickeln kann, die es uns erlauben, neuartige und viel sensitivere Beobachtungen vom Universum zu machen. Daher werden wir uns vor allem auf neue Teleskope und Gravitationswellendetektoren fokussieren”, so Dr. Krenn zu seiner Forschung. Die Lösungen und Designs des Computers unterscheiden sich dabei oft stark von dem, was Menschen vorschlagen. Diese anderen Lösungen inspirieren menschliche Forschende oft zu neuen Tricks, Ideen und Konzepten, die ihnen sonst nicht in den Sinn gekommen wären.
Der European Research Council (ERC) ist eine Europäische Förderorganisation für herausragende Pionierforschung. 2007 rief die EU diese als Teil des Programms “Horizon Europe” ins Leben. Der ERC bietet vier zentrale Förderprogramme an. Dazu gehören unter anderem die Starting Grants, die vielversprechenden Projekten junger Forschender den Start erleichtern sollen. Das Gesamtbudget des Programms im Zeitraum von 2021 bis 2027 beläuft sich auf mehr als 16 Milliarden Euro. Allein in diesem Jahr wurden 494 Starting Grants an Forschende in ganz Europa vergeben. Die Fördersumme beträgt dabei jeweils 1,5 Millionen Euro in einem Zeitraum von fünf Jahren. „Diese Förderung erlaubt es mir, eine Idee umzusetzen, die – sollten wir erfolgreich sein – die Entwicklung von Physik-Experimenten grundlegend verändern könnte. Dadurch wird es möglich, unsere Welt auf neue Weise zu beobachten und innovative Technologien zu entwickeln“, sagt Krenn.
Die Anwendung von KI in der Physik beschäftigt Dr. Mario Krenn seit etwa zehn Jahren. 2014, während seines PhDs als Experimentalphysiker in der Gruppe von Anton Zeilinger in Wien, entwickelte er die Idee, mit KI neue Experimente in der Quantenphysik zu designen. Nach seiner Dissertation zog es ihn für 2,5 Jahre nach Toronto, zu einer der Pionier-Gruppen für KI-basiertes Materialdesign. Dort wollte er alles lernen, was Forschende in der Chemie bereits im Zusammenhang mit künstlichem Design und der Entdeckung von Molekülen und Materialien wissen, um diese Erkenntnisse dann in die Physik zu übertragen. Seit September 2021 leitet er am MPL seine eigene unabhängige Forschungsgruppe Artificial Scientist Lab und entwickelt dort neue Methoden und Anwendungen.
Wissenschaftlicher Ansprechpartner:
Dr. Mario Krenn
mario.krenn@mpl.mpg.de
Max Planck Institute for the Science of Light
Research group Mario Krenn ›Artificial Scientist Lab‹
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