Künstliche Intelligenzen unterstützen Physiker nicht mehr nur bei ihren Experimenten: Sie schlagen selbst innovative Aufbauten vor.
Eine am 2. September in Nature veröffentlichte Übersichtsarbeit beleuchtet diese Entwicklung. Die Autoren haben bereits durchgeführte Arbeiten aus mehreren Bereichen der Physik untersucht. Ihr Befund ist eindeutig: Einige KI-Werkzeuge erforschen inzwischen die Form eines Experiments selbst, anstatt nur einige von Menschen vorab festgelegte Einstellungen zu verändern.
Um den Unterschied zu verstehen, stellen wir uns einen Aufbau aus Sensoren, Spiegeln oder anderen Elementen vor. Eine klassische Methode kann nach den besten Werten für mehrere Parameter suchen. Ein anspruchsvollerer Ansatz kann zusätzlich entscheiden, welche Elemente verwendet werden, wie sie miteinander verbunden und wo sie platziert werden. Die Zahl der Möglichkeiten wird dann enorm groß.
Hier kommt die künstliche Intelligenz ins Spiel. Die Forscher legen zunächst fest, was die künftige Vorrichtung leisten und welche Einschränkungen sie einhalten muss. Anschließend untersucht ein Programm zahlreiche Konfigurationen, meist mithilfe von Simulationen. So kann es auf eine Anordnung stoßen, die der menschlichen Intuition entgangen wäre.
Dieser Ansatz wurde bereits auf Experimente der Quantenoptik, Teilchendetektoren, Neutrinoantennen und Gravitationswellendetektoren angewandt. In mehreren von den Autoren erfassten Arbeiten erreichen die ermittelten Konfigurationen die Leistungsfähigkeit von Fachleuten entwickelter Modelle oder übertreffen sie. Einige Vorschläge wurden anschließend im Labor umgesetzt.
Der Mensch verschwindet also nicht aus dem Prozess. Er wählt die wissenschaftliche Fragestellung, legt die materiellen Grenzen fest und entscheidet, wie die Qualität einer Lösung gemessen wird. Eine auf dem Papier hervorragende Konfiguration ist wenig nützlich, wenn sie nicht hergestellt werden kann oder zu empfindlich auf reale Unvollkommenheiten reagiert.
Eine weitere Schwierigkeit besteht darin, dass eine Maschine einen leistungsfähigen Aufbau finden kann, ohne eine Erklärung für seine Funktionsweise zu liefern. Die Physiker müssen dann verstehen, warum diese Anordnung funktioniert. Dieser Schritt kann selbst lehrreich sein, denn eine ungewöhnliche Lösung kann eine andere Art offenbaren, die bereits bekannten physikalischen Gesetze zu nutzen.