13.02.2023

KI-Prognose: Zwei-Grad-Ziel könnte Mitte des Jahrhunderts überschritten werden

Eine Erderhitzung von zwei Grad könnte bereits Mitte des Jahrhunderts erreicht werden. Das zeigt eine aktuelle Studie, die mithilfe künstlicher Intelligenz erstellt wurde. Die Möglichkeit, die Durchschnittstemperatur unter zwei Grad zu halten, bestehe aber weiterhin, wenn Treibhausgase rasch gesenkt werden.
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Zwei-Grad-Ziel
(c): Adobe Stock

Menschen lagen sich in den Armen und Aufbruchstimmung in der Luft. Es herrschte tosender Applaus in den Hallen der Pariser Klimakonferenz, als ein Kompromiss mit historischer Bedeutung erreicht wurde: Im Jahr 2015 haben sich 194 Staaten und die EU das gemeinsame Ziel gesetzt, den Anstieg der globalen Durchschnittstemperatur auf 1,5 Grad bzw. deutlich unter zwei Grad Celsius zu begrenzen.

Heute liegt die durchschnittliche Erderhitzung im Vergleich zum vorindustriellen Niveau (1850-1900) bei rund 1,1 Grad Celsius. Wissenschafter:innen kamen erst kürzlich zu dem Schluss, dass das 1,5 Grad Ziel nicht mehr plausibel sei, da der dafür notwendige gesellschaftliche Wandel zu langsam voranschreite. Wie schnell wir das 1,5 bzw. Zwei-Grad-Ziel erreichen, hat hohe Relevanz. Klimarisiken, die mit diesem Schwellenwert einhergehen, wirken sich nicht nur auf unsere Gesundheit, sondern auch auf das Wirtschaftswachstum, Ernteerträge oder das Auftreten von Extremwetterereignissen aus.

Künstliche Intelligenz prognostiziert Erderhitzung

Die Nutzung von künstlicher Intelligenz bei Klimaprognosen war bisher nicht üblich. Wissenschaftler:innen haben nun mit Hilfe künstlicher Intelligenz ermittelt, wann das Zwei-Grad-Ziel überschritten werden könnte. Die im „PNAS Journal“ veröffentlichte Studie zeigt, dass der Planet bereits Mitte des Jahrhunderts um durchschnittlich zwei Grad Celsius heißer sein könnte. Die Wahrscheinlichkeit dafür liege bei 50 Prozent. Dabei gilt: Je mehr Treibhausgase wir bis dahin ausstoßen, desto schneller erreichen wir diese Schwelle mit globaler Bedeutung.

Die Studie bestätigt, dass wir bereits kurz davor stehen, das 1,5 Grad Ziel zu verfehlen. Die Autor:innen betonen aber auch: Die globale Durchschnittstemperatur könne noch unter zwei Grad Celsius gehalten werden, wenn die Treibhausgasemissionen rasch gesenkt werden.

Maschinelles lernen kann mit bisherigen Klimamodellen mithalten

Um die Frage zu beantworten, wie viel Zeit bleibt, bis wir die kritische Schwelle der Klimaerhitzung überschritten haben, nutzten die Autor:innen für ihre Analyse eine Kombination aus globalen Klimamodellen, maschinellem Lernen und historischen Klimabeobachtungen. Dabei wurden bisherige Temperaturabweichungen als Input für künstliche neuronale Netze (KNN) verwendet, die die Funktionsweise von Neuronen im menschlichen Gehirn nachbilden.

Die beiden Wissenschafter:innen haben die KI zu Beginn prognostizieren lassen, wann die derzeitige durchschnittliche globale Erhitzung von rund 1,1 Grad Celsius eintreten würde. Die KI, die Klimadaten aus den Jahren 1980 bis 2021 nutzte, prognostizierte dafür das Jahr 2022. Damit stimmt die Prognose mit der derzeitigen Entwicklung überein, was auf korrekte Ergebnisse schließen lässt.

Die Methode unterscheidet sich von bisher verwendeten Klimamodellen, da diese mittels Extrapolation erstellt wurden. Es wurden also Klimadaten verwendet, um aus einem bekannten Zustand Rückschlüsse auf zukünftige Entwicklungen zu schließen. Neuronale Netze hingegen sind in der Lage, Zusammenhänge in großen Datensätzen zu erkennen. Laut den an der Studie beteiligten Wissenschafter:innen unterscheidet sich die KI-Prognose von bisherigen Klimamodellen auch, weil beispielsweise Unsicherheiten direkt in die Prognose mit einbezogen werden können. Allerdings hängen die Ergebnisse davon ab, mit welchen Daten die KI trainiert wurde.

Das Leben in einer zwei Grad wärmeren Welt

Schon heute zeigen sich die Auswirkungen der Klimakrise auf dem ganzen Planeten. Manche Menschen und Regionen sind davon stärker betroffen als andere. So nimmt der Temperaturanstieg beispielsweise auf Kontinenten am stärksten zu, während sich die Ozeane langsamer erhitzen. In Österreich wurde der Schwellenwert von 1,5 Grad bereits überschritten. Hierzulande liegt die Zunahme der mittleren jährlichen Lufttemperatur bereits bei rund zwei Grad Celsius, im Vergleich zum vorindustriellen Niveau.

Würden wir das Zwei-Grad-Ziel global überschreiten, wäre diese Welt eine andere. Das zeigt ein Bericht des Weltklimarates aus dem Jahr 2018: Bei einem Anstieg der globalen Durchschnittstemperatur von 1,5 Grad ist beispielsweise jeder zehnte Mensch von extremer Hitze betroffen. Bei zwei Grad Temperatur-Erhitzung ist es jeder vierte Mensch. Ein Anstieg von 1,5 Grad bedeutet alle 100 Jahre einen eisfreien Sommer in der Arktis. Bei zwei Grad tritt dieses Ereignis bereits alle zehn Jahre ein.

Gegenüber dem “Guardian” erklärte der an der Studie beteiligte Wissenschaftler Noah Diffenbaugh von der Stanford University, dass die Ergebnisse nicht als Zeichen des Versagens gewertet werden sollten. Stattdessen soll die Prognose motivieren. Denn es bleibe noch Zeit, das Überschreiten des Zwei-Grad-Ziels zu verhindern.

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(c) ParityQC: Wolfgang Lechner und Magdalena Hauser.
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Quantum Brilliance, Entwickler für Quantencomputing-Produkte und -Lösungen und ParityQC, entwickeln gemeinsam einen mobilen Quantencomputer. Als Konsortium sind die beiden Unternehmen unter den drei Finalisten des Projekts “Mobiler Quantencomputer” (MQC) der Agentur für Innovation in der Cybersicherheit GmbH (Cyberagentur).

Ziel des Wettbewerbs ist die Miniaturisierung von Quantencomputern, um sie im Hinblick auf Größe, Gewicht und Energieverbrauch mobil einsetzen zu können. Die Phase III des Projekts läuft insgesamt 30 Monate und wird von der Cyberagentur mit insgesamt 35 Millionen Euro gefördert.

ParityQC “der richtige Partner”

“Wir sind stolz darauf, dass wir den mobilen Quantencomputer für die Cyberagentur entwickeln dürfen. Bei diesem großartigen Projekt werden die Stärken unserer Hardware voll zum Tragen kommen – und mit ParityQC haben wir genau den richtigen Partner, um ein leistungsfähiges Produkt zu schaffen”, sagt Mark Mattingley-Scott, General Manager EMEA bei Quantum Brilliance.

Ein mobiler Quantencomputer bietet den Vorteil, hochkomplexe Simulationen in Quantengeschwindigkeit direkt vor Ort durchführen zu können, ohne Rechenzentrum und Cloud-Infrastruktur. Das ermöglicht eine sichere und zuverlässige Rechenleistung auch in entlegenen Umgebungen.

Der zu entwickelnde mobile Quantencomputer soll in erster Linie in Sicherheit und Verteidigung, aber auch in zivilen Szenarien zum Einsatz kommen. Die Technologie eignet sich beispielsweise zur Berechnung komplexer Logistik-Szenarien und als Basis für leistungsstarke Verschlüsselungstechniken für einen effektiven Schutz kritischer Infrastrukturen.

Quantenarchitektur und Software

ParityQC ist zuständig für die Quantenarchitektur und Software für die NV-Center-Hardwareplattform von Quantum Brilliance. Dafür stellt das Unternehmen einen Hardware-nativen Compiler bereit, der reale Probleme in Quantengatter übersetzt, die spezifisch für die diamantbasierte Hardware von Quantum Brilliance sind.

Mit der Architektur von ParityQC lassen sich Qubits effizienter nutzen und eventuell auftretende Fehler korrigieren – das führt zu zuverlässigeren Berechnungen. Darüber hinaus verhindere dieser Aufbau, dass einzelne Qubits über größere Entfernung miteinander agieren müssen, was im Rahmen der heutigen Technologie oft nur schwer möglich sei.

ParityQC: Mobile Entwicklung

“Wir glauben, dass die Partnerschaft zwischen ParityQC und Quantum Brilliance der richtige Weg ist, um den weltweit ersten mobilen Quantencomputer zu entwickeln”, sagt ParityQC Co-CEO Wolfgang Lechner.

Auch Co-CEO Magdalena Hauser äußert sich ähnlich: “Die speziell für NV-Center entwickelte Architektur bietet Vorteile, die für die mobile Entwicklung von entscheidender Bedeutung sein werden, zum Beispiel die Fähigkeit, komplexere Algorithmen schneller und mit geringerer Fehlerquote zu bearbeiten.”

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