Wie Computer durch Laser blitzschnell werden und KI die Energiewende beeinflusst Studienpreis der Körber-Stiftung für 2 FAU-Dissertationen

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Mit Silvia Weko und Tobias Weitz sind in diesem Jahr gleich zwei FAU-Nachwuchswissenschaftler/-innen mit dem Deutschen Studienpreis der Körber-Stiftung ausgezeichnet worden. Beide erhielten jeweils den mit 5.000 Euro dotierten zweiten Preis in ihrer Kategorie.

Weko, Lehrstuhl für Sustainability Transition Policy, hat in der Sektion Sozialwissenschaften der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) mit ihrer Dissertation zum Thema „Verteilte Energieressourcen, zentralisierte Gewinne: Warum die Monopolisierung von Daten und KI zu einer ungerechten Energiewende führen könnte“ überzeugen können. Weitz, Lehrstuhl für Laserphysik, ist für seine Dissertation zum Thema „Mit ultrakurzen Laserimpulsen zu blitzschnellen Computern“ in der Sektion Natur- und Technikwissenschaften ausgezeichnet worden. Bei beiden Prämierten zählt vor allem die gesellschaftliche Bedeutung ihrer Forschung.

Big-Tech und die negativen Folgen für eine gerechte Energiewende

Ausgangspunkt für die Weko-Dissertation ist: Wer profitiert von der Energiewende? In ihrer Forschung thematisiert sie das Potenzial, das die Energiewende für enorme Veränderungen in der internationalen Politik und Wirtschaft birgt. „Einige Beobachter sehen erneuerbare Energiesysteme als von Natur aus gerechter verteilt an als fossile, da Sonne und Wind nicht auf die gleiche Weise kontrolliert werden können wie Öl oder Gas. Dabei wird jedoch die Rolle von Daten und Algorithmen bei der Nutzung von Energieressourcen außer Acht gelassen“, so die Nachwuchswissenschaftlerin.

Denn um nachhaltige Energiesysteme zu betreiben und Innovationen für die Energiewende zu entwickeln, werden riesige Datenmengen benötigt. Weko argumentiert, dass Akteurinnen und Akteure, die diese Daten erhalten und kontrollieren, insbesondere von den wirtschaftlichen Vorteilen der Energiewende profitieren. Hier haben Technologiekonglomerate („Big Tech“) einen Vorteil. Am Beispiel des Big Tech-Unternehmens Amazon zeigt sie, wie Big Tech mit Hilfe zahlreicher Daten und Fähigkeiten in der künstlichen Intelligenz (KI) seine Machtposition in Energiesystemen rasch ausbaut.

Das ist eine Entwicklung, die in der Forschung zur Energiewende bisher zumeist übersehen werde. Die meiste Literatur konzentriere sich auf den ökologischen Fußabdruck von Big Tech und vernachlässigt dabei den Aspekt, dass die Daten- und KI-Expertise den Einstieg in das Feld nachhaltiger Energie ermögliche.

Weko resümiert: „Für die Gesellschaft ist der Einstieg von Big Tech in der Energiewende ein zweischneidiges Schwert. Diese Unternehmen können einerseits mit ihren Ressourcen Technologien entwickeln, die die Energiewende beschleunigen. Andererseits kann die zunehmende Macht von Big Tech bedeuten, dass sie anderen Akteuren Wert, Stellung und Innovationsmöglichkeiten entziehen. Dies würde negative Folgen für eine gerechte Ausgestaltung der Energiewende haben.“

Hohe Rechengeschwindigkeit ist essenziell für Lebens- und Gesundheitsstandards

Mit den physikalischen Grundlagen hinter KI befasst Weitz in seiner Doktorarbeit. Der Ausgangspunkt: Die Informationsverarbeitung ist ein unverzichtbarer Bestandteil des Lebens geworden. Der Nachwuchswissenschaftler vom FAU-Lehrstuhl für Laserphysik schreibt. „Große Teile unseres wissenschaftlichen und technologischen Fortschritts hängen maßgeblich von der Weiterentwicklung immer leistungsfähigerer und schnellerer Computerprozessoren ab. Ein Trend, der sich durch die rasante Entwicklung in der künstlichen Intelligenz nochmals massiv beschleunigt hat und die physikalischen Möglichkeiten aktueller Technologie übersteigt.“

Weitz zeigt einen transformativen Ansatz für eine Lichtfeld-gesteuerte Computerarchitektur, die das Potenzial hat, bis zu 100.000-fach schneller als mit heutiger Technologie zu rechnen. Dazu hat er den Prototypen eines Logikgatters – der kleinsten Einheit digitaler Informationstechnologie – realisiert, der von ultrakurzen Laserimpulsen betrieben wird. Dieses neuartige Konzept rücke erstmals die Grundlagenforschung über die quantenmechanische Kontrolle von Elektronen auf der Zeitskala einer Femtosekunde (10−15 Sekunden) in den Fokus einer gesellschaftlichen Anwendung, heißt es.

Die Relevanz seiner Forschung wird unterstrichen von der Tatsache, dass die Miniaturisierung und Beschleunigung herkömmlicher Computerarchitektur allmählich an harte physikalische Grenzen stößt und damit neue, revolutionäre Lösungen gefragt sind. Ein Rückgang des Innovationstempos könnte weitreichende Auswirkungen haben: auf die Verlässlichkeit von globalen Klimamodellen bis hin zur Aussagekraft von komplexen Krankheitsmodellen.

Weitz sagt: „Die Verfügbarkeit von Computern mit hoher Rechengeschwindigkeit ist damit ein essenzieller Baustein für die Sicherung und den Ausbau unserer heutigen Lebens- und Gesundheitsstandards.“

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