Mit Claude trainierte Software behebt Laserdrift bei Quantencomputer binnen Sekunden

Forscher des US-Unternehmens QuEra Computing haben gezeigt, wie sich Claude das Nachjustieren driftender Laser bei Quantencomputern beibringen lässt.

Sogenannte Neutralatom-Quantencomputer nutzen Laser, um einzelne Atome gezielt einzufangen und als Qubits zu manipulieren, wofür die Laserfrequenz äußerst präzise gehalten werden muss. Störungen können diese Frequenz zum Driften bringen, wodurch der Laser seine sogenannte Verriegelung verliert und der Rechenbetrieb unterbrochen wird. Einige gängige Laserprobleme ließen sich bereits zuvor automatisch beheben, die schwierigeren Fälle erforderten jedoch bislang einen menschlichen Experten, der Messwerte auswertete, die Ursache eingrenzte und die passende Einstellung von Hand anpasste, da es kein einheitliches Rezept für sämtliche denkbaren Fehlerbilder gibt. Bislang hatten vier Fachleute zwei bis drei Wochen benötigt, um ein entsprechendes Wiederherstellungsskript von Hand zu entwickeln, das jedoch nur die zuvor bereits bekannten Fehlerfälle abdeckte.

Für den neuen Ansatz erhielt Claude über den gemeinsam von Anthropic und dem HHMI Janelia Research Campus entwickelten Model Hardware Standard, kurz MHS, direkten Zugriff auf einen eigens dafür eingerichteten Lasertestaufbau. Dieser Standard soll es KI-Agenten grundsätzlich ermöglichen, mit wissenschaftlichen Geräten zu interagieren, während vorab festgelegte Sicherheitsgrenzen eingehalten werden. Statt Claude eine fertige Fehlerbehebungscheckliste vorzugeben, ließen die Forscher das Modell selbstständig experimentieren: Es konnte eine Einstellung verändern, das Ergebnis messen und selbst entscheiden, was als Nächstes zu versuchen sei, wiederholt über Hunderte unterschiedliche Fehlerzustände hinweg, teilweise auch über Nacht ohne menschliche Aufsicht.

Quantencomputer: Claude entscheidet im Betrieb nicht mehr selbst

Wichtig für das Verständnis des Ergebnisses: Am Ende des Prozesses stand klassische, deterministisch arbeitende Steuerungssoftware, nicht ein KI-Modell, das bei jedem einzelnen Fehlerfall selbst neu entscheidet. Menschliche Ingenieure überprüften den gesamten Prozess und legten fest, was als erfolgreiche Wiederherstellung gilt, während hardwareseitige Schutzmechanismen wie Betriebsgrenzen, Verriegelungen und Notausschalter begrenzten, was der Agent während der Entwicklung überhaupt verändern durfte. Claude half also dabei, die eigentliche Wiederherstellungsstrategie zu entdecken, die daraus resultierende Steuerung läuft im späteren Betrieb jedoch ohne fortlaufende Entscheidungen eines KI-Modells.

Die fertige Steuerung wurde anschließend gegen sieben verschiedene Fehlerarten getestet und stellte den Laser in 695 von 700 zeitlich gemessenen Durchläufen erfolgreich wieder her, ohne dabei jemals einen Erfolg zu melden, wenn die eigentliche Wiederherstellung tatsächlich nicht gelungen war. Die fünf nicht erfolgreichen Durchläufe gingen dabei auf einen Zustand des Testaufbaus selbst zurück, nicht auf einen Fehler der eigentlichen Wiederherstellungslogik. Die meisten Fehler behob das System in weniger als sechs Sekunden, die schwierigsten Fälle innerhalb von rund 10 bis 14 Sekunden, verglichen mit üblicherweise 5 bis 10 Minuten, die ein menschlicher Spezialist für eine vergleichbare Reparatur benötigt.

Zusätzlich gebeten, die Laserleistung über die reine Wiederherstellung hinaus zu verbessern, senkte Claude das verbleibende Rauschen um das Fünffache und verhinderte dadurch Ausfälle während des unbeaufsichtigten Betriebs. Bei einer unabhängigen Nachmessung, bei der die KI selbst keinen Einfluss mehr nehmen konnte, entsprachen die gefundenen Einstellungen denen eines erfahrenen Fachmanns und behoben sogar einen Fehler, den die manuelle Justierung zuvor übersehen hatte. In einem weiteren Test übertrug Claude den Ansatz zudem eigenständig auf eine andere Laserwellenlänge, in einem einzigen unbeaufsichtigten Nachtlauf, ein Prozess, der normalerweise Wochen händischer Inbetriebnahme erfordert hätte.

Beteiligte Unternehmen sehen Bedarf für skalierbare Fernwartung

Sergio Cantu, Vice President of Quantum Systems bei QuEra Computing, ordnete den Hintergrund des Projekts so ein:

„Es waren die Leute, die um 2 Uhr nachts losfuhren, um eine Laserverriegelung zu reparieren.“

Sergio Cantu, Vice President of Quantum Systems bei QuEra Computing

Genau dafür habe man mithilfe des Model Hardware Standard eine Lösung entwickelt. QuEra-Präsident Takuya Kitagawa ergänzte, ein Kunde erwarte, dass sich der gesamte Computer selbst instand halte, ohne dass dafür ein Spezialist im Raum anwesend sein müsse.

Die Forscher betonen zugleich die Grenzen des Experiments: Es fand auf einem eigens dafür eingerichteten Testaufbau statt, menschliche Ingenieure legten weiterhin die Sicherheitsgrenzen fest und bewerteten die Ergebnisse, und das Verfahren kann keine tatsächlichen physischen Hardwaredefekte allein durch veränderte Softwareeinstellungen beheben. Der Pilotversuch deckte zudem nur ein einzelnes Teilsystem ab, keine autonome Wartung eines gesamten Quantencomputers. Ob sich der Ansatz auch auf andere wissenschaftliche Geräte sowie auf tatsächlich im Betrieb befindliche Quantencomputer verschiedener Bauart übertragen lässt, müssen weitere Untersuchungen erst noch zeigen.

(red)