Die rasante Entwicklung künstlicher Intelligenz (KI) verändert sowohl wissenschaftliche Forschung als auch industrielle Anwendungen grundlegend. Ein bemerkenswertes Beispiel hierfür stellt AlphaEvolve von Google DeepMind dar, ein KI-System, das erstaunliche Erfolge bei der Lösung komplexer mathematischer Herausforderungen und praktischer Optimierungsaufgaben erzielt. Besonders hervorzuheben ist die Arbeit am sogenannten Kissing-Problem, einem klassischen Problem der diskreten Geometrie, das schon seit langer Zeit Mathematiker weltweit fasziniert. Doch AlphaEvolve geht weit über diese theoretische Richtung hinaus und zeigt, dass KI schon heute völlig neue Wege in Wissenschaft und Technik eröffnen kann. Im Folgenden soll die Funktionsweise, Bedeutung und der aktuelle Stand des Projekts AlphaEvolve ausführlich erläutert werden.
Das Kissing-Problem: Eine mathematische Herausforderung mit Geschichte Das Kissing-Problem beschäftigt sich mit der Frage, wie viele gleich große Kugeln (Sphären) eine zentrale Kugel berühren können, ohne sich gegenseitig zu überschneiden. Diese Berührung wird als „Kuss“ bezeichnet – daher der Name des Problems. In einer Dimension sind es lediglich zwei Berührungen, in zwei Dimensionen sechs. Doch in höheren Dimensionen wird die Fragestellung immer komplexer und bislang gibt es nur für wenige Dimensionen exakte Antworten. Die Faszination dieses Problems rührt auch daher, dass seine Lösung auf leicht verständlichen Grundsätzen basiert, aber die vollständige Charakterisierung in höheren Dimensionen enorme mathematische Herausforderungen mit sich bringt.
Hier setzt AlphaEvolve an. Der KI-Agent hat kürzlich einen bemerkenswerten Fortschritt erzielt, indem er für den elfdimensionalen Fall die untere Schranke der bekannten „Kissenzahl“ von 592 auf 593 anhob. Auch wenn die obere Schranke mit 868 noch immer beträchtlich höher liegt, stellt diese Verbesserung einen bedeutenden Durchbruch dar, da solche Fortschritte traditionell Jahrzehnte mathematischer Forschung beanspruchen. Besonders beeindruckend ist, dass die KI solche Neuerungen nicht nur repliziert, sondern teilweise sogar über bekannte Lösungsansätze hinaus Entwicklungen vorantreibt. AlphaEvolve – Die Technologie hinter den Entdeckungen AlphaEvolve kombiniert leistungsstarke große Sprachmodelle (Large Language Models, LLMs), hier Gemini von DeepMind, mit genetischen Algorithmen, um problemorientierte Programme zu entwickeln und zu optimieren.
Die besondere Stärke dieses Ansatzes liegt darin, dass nahezu jedes Problem, das formal als Programm codiert werden kann und dessen Lösung mit einem Verifikator geprüft werden kann, für AlphaEvolve zugänglich wird. Im Kern besteht der Prozess darin, dass Nutzer eine anfängliche, wenn auch suboptimale, Lösungsroutine vorgeben. Parallel dazu existiert ein Verifikationsmechanismus, der die Qualität der vorgeschlagenen Lösungen objektiv bewertet. Gemini erzeugt anhand dieser Grundlage eine Vielzahl potenzieller Alternativlösungen, die anschließend anhand der festgelegten Kriterien geprüft werden. Ein genetischer Algorithmus übernimmt dann die Rolle des Selektionstribunals: Die am besten bewerteten Lösungen werden weiterentwickelt und eine neue „Generation“ von Lösungen wird erzeugt.
Dieser evolutionäre Prozess wird solange wiederholt, bis keine Fortschritte mehr erzielt werden. Mit dieser Methode kann AlphaEvolve nicht nur bekannte Lösungsansätze replizieren, sondern auch neue, bislang unbekannte Optimierungen und Algorithmen generieren. Für Mathematiker und Entwickler bedeutet dies, dass die KI als eine Art kreativer und sehr präziser Mitforscher fungiert, der eigenständig neue Erkenntnisse gewinnen kann. Erfolge bei mathematischen und praktischen Problemen Neben der Erforschung des Kissing-Problems sind weitere faszinierende Erfolge von AlphaEvolve zu verzeichnen. Das System konnte neue Algorithmen für Matrixmultiplikationen entwickeln – einer der zentralen Operationen in Bereichen wie maschinellem Lernen und numerischer Simulation.
Die von AlphaEvolve gefundenen Algorithmen bauen auf den bereits von DeepMinds Vorgängermodell AlphaTensor entdeckten Verbesserungen auf, die das letzte Mal um 1969 durch klassische Mathematik optimiert wurden. Auch in der Praxis zeigt das System seine Stärken. DeepMind berichtet von Optimierungen in Googles Rechenzentren, die durch den Einsatz von AlphaEvolve eine Effizienzsteigerung von etwa einem Prozent erzielen konnten. Dies klingt auf den ersten Blick bescheiden, wirkt sich angesichts der enormen Größenordnung der Google-Serverfarmen jedoch in erheblichen Einsparungen bei Energie und Ressourcen aus. Darüber hinaus wurden Verbesserungen bei der Entwicklung zukünftiger Tensor-Prozessoren erzielt sowie Trainingsbeschleunigungen für KI-Modelle wie Gemini selbst erreicht.
Die Vielseitigkeit von AlphaEvolve offenbart sich auch darin, dass es in unterschiedlichen mathematischen Gebieten wie Analysis, Kombinatorik und Geometrie eingesetzt werden kann. Dabei war es in 75 Prozent der Fälle fähig, bereits bekannte optimale Lösungen zu reproduzieren, in 20 Prozent verbesserte es diese und fand neue, bislang unentdeckte Optima. Nur in einem kleinen Anteil von 5 Prozent der Fälle blieb die Leistung hinter bestehenden Lösungen zurück. Auswirkungen auf Wissenschaft und Industrie AlphaEvolve stellt einen Paradigmenwechsel dar, weil es das Potenzial großer Sprachmodelle für echte wissenschaftliche Entdeckungen unter Beweis stellt. Bisher wurden LLMs vor allem für Textgenerierung oder Codierung eingesetzt, doch AlphaEvolve zeigt, dass sie weit mehr leisten können, nämlich die Entwicklung neuer Algorithmen, Konstruktionsprinzipien und Lösungsstrategien.
Für die Wissenschaft bedeutet dies neue Werkzeuge bei der Erforschung bisher unzugänglicher Fragestellungen. Besonders in Bereichen der Mathematik, in denen Lösungen schwer zu finden oder zu verifizieren sind, kann die KI die Forschung beschleunigen und qualitativ hochwertigere Resultate liefern. Der Ansatz der auf genetischen Algorithmen basierenden Evolution bietet zudem eine größere Flexibilität und breitere Anwendbarkeit als klassische Reinforcement-Learning-Methoden, die in vorherigen DeepMind-Projekten wie AlphaZero ihre Erfolge feierten. In der Industrie führt die Anwendung von AlphaEvolve zu nachhaltigen Effizienzgewinnen und verkürzt Entwicklungszyklen. Die Fähigkeit, Algorithmen oder Systemdesigns selbstständig zu optimieren, ist vor allem in ressourcenintensiven Bereichen wie dem Betrieb von Rechenzentren oder der Entwicklung neuer Hardware von unschätzbarem Wert.
Die Perspektiven der Weiterentwicklung DeepMind plant, AlphaEvolve in Zukunft noch breiter einzusetzen, insbesondere auch in den Naturwissenschaften. Dies erfordert allerdings eine Anpassung der Verifikationsmethoden, da in den Naturwissenschaften oft komplexe Simulationen oder Experimentdaten zur Bewertung herangezogen werden müssen. Die Entwickler setzen hier auf den Einsatz vielfältiger Simulatoren, die zur Lösung naturwissenschaftlicher Fragestellungen genutzt werden können. Eine weitere spannende Entwicklung ist die mögliche Integration von AlphaEvolve mit anderen KI-Projekten von DeepMind wie dem sogenannten AI Coscientist. Dieses nutzt ebenfalls LLMs und genetische Algorithmen, fokussiert sich jedoch auf die Generierung von Hypothesen in natürlicher Sprache.
Durch diese Kombination könnten künftig abstraktere und umfassendere wissenschaftliche Erkenntnisse entstehen, die über reine Programmoptimierung hinausgehen. Gesellschaftliche und ethische Überlegungen Obwohl die beeindruckenden Fortschritte von AlphaEvolve großartige Chancen bieten, werfen sie auch Fragen hinsichtlich der Kontrolle und Steuerung von KI auf. Insbesondere die Fähigkeit zur Selbstoptimierung und Beschleunigung von Trainingsprozessen könnte eine potentiell selbstverstärkende Entwicklung anstoßen, die von einigen als Initialzündung für eine Intelligenzexplosion oder Singularität diskutiert wird. Das Team hinter DeepMind betont jedoch, dass ihr Ziel klar auf den verantwortungsvollen Nutzen von KI zum Wohle der Menschheit ausgerichtet ist. Fazit AlphaEvolve hebt die Grenzen zwischen mathematischer Forschung, praktischer Optimierung und künstlicher Intelligenz auf ein neues Niveau.
