Digitalisierung braucht Vertrauen, das auf Verständnis gründet

Technische, juristische und weltanschauliche Fragen der Quantencomputer, Neuronalen Netze, Algorithmen und Künstlichen Intelligenz

Georg E. Schäfer

• Verlag: Books on Demand
• Jahr: 2018
• ISBN drucken: 9783746093543
• eBook-ISBN: 9783746073576
• Auflage: 2
• Thema: Informatik
• Thema: Informatik Allgemein

Digitalisierung kommt und wird unser Schicksal der nächsten Jahrzehnte bestimmen. Wir müssen die Digitalisierung gestalten. Sie bietet ungeahnte neue Möglichkeiten, sie kann unsere Fähigkeiten enorm erweitern. Sie kann uns andererseits in einen Lebensweg pressen, ohne dass wir einen Ausweg finden. Doch was ist zu tun? Verstehen und Technik bewusst anwenden, muss unser Motto heißen, in einer Welt der potentiell unendlichen Chancen und Herausforderungen.In der Arbeit, der Freizeit und im Privatleben dominiert die Digitalisierung als Nachfolger der heutigen Informationsgesellschaft. Künstliche Intelligenz wird bestimmen, wie unsere Persönlichkeit und unser Potential bewertet werden, wie wir bei Krankheit behandelt werden und wie wir unser Geld anlegen können. Quantencomputer können in Millisekunden unsere Sicherheitsmaßnahmen knacken und uns ausforschen.Digitalisierung kommt nicht als Gefahr daher, sondern als Verführung. Avatare werden uns komfortabel, liebenswürdig und umfassend überall unterstützen. Viele von uns werden einfache Dinge, wie Reise und Hotel buchen, den hübschen, schnellen Avataren überlassen, selbst unfähig zu durchschauen was der Avatar macht. Wenn wir nicht wissen, wie die Algorithmen rechnen, gestaltet ein guter oder ein schlechter unsere Zukunft. Neuronale Netze werden so tun, als könnten sie autonom denken. Wir werden sie gerne nutzen. Doch es kann auch ein kaltes, maschinelles Denken sein, das unsere Empfindungen, unseren Glauben und unsere Seele verkrüppeln lässt.

Leuchtturm 1: Super- und Quantencomputer

Klassische Computer arbeiten wie unser Notebook mit der klassischen Logik. Eine enorme Zahl solcher zusammengeschlossener Computer bilden einen Supercomputer. Aber: Arbeitet ein Computer nach den Gesetzen der Quantenphysik, ist er ein Quantencomputer.

Früher fragten sich Philosophen: Rechnet Gott? Oder würfelt er? Heute fragen wir: Sind wir Gott gleich und können über unsere bescheidene Welt mit unseren Supercomputern hinaus rechnen? Wir kennen immerhin mehr Zahlen als Gott Atome geschaffen hat! Wir schaffen aus atomaren Effekten, die Gott wohl kaum zum Rechnen und computerisierten Denken geschaffen hat, Werkzeuge, die uns selbst in den Schatten stellen. Sind wir Lebewesen, die quasi auf einer Ebene im zweidimensionalen Raum leben, aber uns dennoch mit unseren Computern ein Bild von der drei-, vier- und n-dimensionalen Welt machen? Gehen unsere Zeiten als Herrscher der Welt zu Ende? Einerseits deshalb, weil Roboter, die mit der Rechenleistung eines Supercomputers versehen sind, uns die Herrschaft aus den Händen reißen. Das Beispiel dazu sind Fake News in Twitter und Facebook, die uns hilf- und orientierungslos machen. Andererseits, weil unsere Geldgier die Umwelt der Erde verkommen lässt und Gott unsere Hybris¹⁴ tragisch enden lässt. Egal wo die Gefahr herkommt, wir haben hier Probleme zu lösen.

Solche Gedanken schufen die Grundlage für Philosophen wie Leibniz, sich mit rechnenden Maschinen zu beschäftigen. Später kamen andere Motive auf, als man schon absehen konnte, wie Maschinen Daten erfassen, auf Pappdeckelchen oder Papiersteifen speichern und dann umordnen konnten. Die amerikanische Volkszählung 1925 führte dazu, neue Maschinen zu entwickeln. Herman Hollerith entwickelte eine Lochkartentechnik und zusammen mit vielen weiteren Ingenieuren einen ganzen Maschinenpark, um die Volkszählungsdaten rasch aufzubereiten. 1933 haben die Nazis in Deutschland daraus fortentwickelte Techniken eingesetzt. Dabei kamen sie an Daten, die es erlaubten, ihre politischen Ziele krasser zu formulieren und an eine Umsetzung zu denken. Wo Juden waren, sie aufzufinden und ihre Daten zu verwalten, wurde plötzlich eine einfach umsetzbare Aktion.

Von Neumann - Architektur

Heute wie vor 100 Jahren war die große Frage: Wie baue ich einen Computer? Gottfried Wilhelm Leibniz (1646 – 1716) hatte bereits viel vorgearbeitet und etwa die Binärzahlen als Grundlage für Rechenmaschinen erkannt. Jetzt ging es darum, die vielen praktischen technischen und elektrisch/elektronischen Probleme zu lösen. Kaum zu glauben, aber im Nachhinein war es ein einfacher Gedanke mit der sog. John von Neumann - Architektur der Computertechnik. John von Neumann sagte sich – hier vereinfachend aber nicht falsch beschrieben¹⁵ – Folgendes:

• Wenn die Recheneinheit im (mechanischen und elektronischen) Computer immer nur so Schritt für Schritt vorankommt, dann müssen wir das als Grundlage nehmen.
• Im elektronischen Computer sind die Programme in einem elektronischen Speicher (z.B. Magnetkerne). Wo sollen jetzt die Daten herkommen, mit denen diese Programme umgehen sollen? Na ja, halt auch vom Speicher. Also: Programme und Daten kommen in den Speicher.
• Und wie kommen die Daten in den Speicher?
  • Erstens, indem der Programmierer sie in die Programme reinschreibt. Das macht er etwa in Zählschleifen, mit denen man beispielsweise die Steuer-Millionäre im Finanzamt zählt: Zahl_Millionäre = Zahl_Millionäre + 1. Zahl_Millionäre ist ein Speicherplatz und dieser Computerbefehl addiert auf die jeweils dort gespeicherte Zahl eine „1“ , sobald er einen neuen Millionär gefunden hat, und speichert das Ergebnis auf diesem Speicherplatz gleich wieder ab.
  • Zweitens, indem die Daten von einem Magnetband, einer Lochkarte, einem USB-Stick in den Speicher kopiert werden über Verbindungskabel. Diese Verbindungskabel nennt man Bus und seit die Lichtgeschwindigkeit etwas ist, was Computer langsam macht, ist die Bus-Technik im Computer eine hochinteressante Wissenschaft.

Und so sieht ein von Neumann-Computer vom Prinzip her aus:

Die Elektronik hat nahegelegt, alles was im Speicher ist, also die Programme und die Daten, als eine Folge von Nullen und Einsen darzustellen. Diese Binärzahlen sind im Computer und den daran angeschlossenen Geräten (Peripheriegeräte) als Bits über Transistoren, Magnete, magnetisierte Oberflächen bei Magnetplatten oder mit Lasern beschriebene Aluminiumspuren mit Vertiefungen und Erhöhungen bei DVDs realisiert. In jedem Fall ist ein Bit bei der traditionellen Computertechnik immer durch mehrere und meist sehr viele Atome realisiert und es nimmt nur zwei Werte an, 0 oder 1. Ganz anders ist das, wie später beschrieben wird, bei den Quantencomputern. Dort kann ein Qubit ein Ion oder nur ein Positron mit seinen Spin-Varianten sein und zudem drei Zustände annehmen.

Bei der von-Neumann-Architektur kann der Computer mit den Bits, die die Zahlenwerte 0 und 1 annehmen können, sowohl rechnen als auch logisch denken:

• Beim Rechnen werden die Dezimalzahlen in die Binärzahlen 0 und 1 umgerechnet. Die dezimal-Zwei ist dann „10“ und die Dezimal-Zehn ist dann „1010“ in Binärzahlschreibweise. Bei den 16-Bit-Computer haben die Informatiker schnell zusätzlich das 16er-Zahlsystem dazu genommen. Ein Kinderspiel, wenn man es mal verstanden hat. Dazu die Information, dass im vorchristlichen Ägypten auf der Basis von 60 gerechnet wurde. In dem System ist „11“ dann die Dezimal-Einundsechzig. Hirten, Kaufleute usw. sollen damals in der Lage gewesen sein, Mengen bis 60 (also zum Beispiel die Zahl der Tiere auf der Weide oder die Zahl der Säcke am Kai) „mit einem Blick“ zu zählen. Wer viel mit Zahlen zu tun hat, wird dies als plausibel ansehen.
• Beim logischen Denken nutzt der Computer mit den Binärzahlen die Wahrheitswerte der klassischen Logik ohne die Prädikatenlogik. Damit kann man die üblichen logischen Verknüpfungen „und“, „oder“ und „daraus folgt“ einfach wie folgt beschreiben. Die Binär-Null liest man als „falsch“ und die Binär-Eins liest man als „wahr“.

Wahrheitswert der Aussage a	Wahrheitswert der Aussage b	Wahrheitswert der Aussage „a und b“	Wahrheitswert der Aussage „a oder b“	Wahrheitswert der Aussage „aus a folgt b“
1	1	1	1	1
1	0	0	1	0
0	1	0	1	1
0	0	0	0	1

Diese Tabellen sind die Grundlage aller Programmiersprachen der klassischen Computertechnik. Sie sehen ganz anders aus bei Quantencomputern. Dort hat ein Bit nämlich nicht nur zwei Zustände, also 0 und 1, sondern – nur in bestimmten Situationen! - drei. Bei den Künstlichen Neuronalen Netzen kann man, wie im Kapitel dort gezeigt wird, diese Wahrheitstabellen der klassischen Logik und Computertechnik nachbilden. Allerdings ist das nicht ganz so einfach. Generell kann man sagen, dass die modernere Computertechnik noch viel mehr Mathematik-Kenntnisse verlangt als die klassische Computertechnik sie voraussetzt. Das soll uns nicht irritieren, denn die Sachverhalte sind nachfolgend sehr einfach, verständlich und dennoch korrekt beschrieben.

Die an sich einfache Idee von John von Neumann hat natürlich nur derjenige haben können, der sich mit der Materie in allen Tiefen beschäftigt hat und der wohl auch Genie genannt werden darf. Bis heute ist Niemand für die breite Praxis etwas Besseres eingefallen. Man hat diese von Neumann-Computer tausendfach verbessert, ein Betriebssystem zur Vereinfachung gleich im Speicher (der inzwischen gigantisch groß sein kann) abgelegt, neue Programmiersprachen entworfen (2017 ist Python die meistgenutzte Programmiersprache¹⁶) und man hat im Internet Milliarden und in den Firmen- und Behördennetzen jeweils zig-Tausend dieser einfachen Rechner vernetzt, als verteilte aber kooperierende Computer zusammengeschaltet (z.B. viele Computer, die sog. Clients, für die Computernutzer und einen starken Computer, den sog. Server, für die zentrale Datenbank) oder man hat sie zu Supercomputern zusammengeschaltet (inzwischen Exascale-Computer), die trotz allem noch zu langsam sind.

Aufwendig ist vor allem das Programmieren. Man muss diesen dummen Maschinen ja wirklich alles vorgeben:

• Rechnerkerne von Computern (sog. CPU¹⁷) arbeiten strikt linear. Es gibt kein Denken, Assoziieren von Gedanken oder ähnliches, sondern nur die sequentielle Abarbeitung des Programmcodes.
• Die Logik der Recheneinheiten ist ebenfalls sehr einfach. Eine Recheneinheit kann neben ein wenig Zeichenketten hin- und herschieben nur das Rechnen mit den digitalen Ziffern 0 und 1. Sie kann die primitiven logischen Operationen „und“, „oder“ und „nicht“. Die Prädikatenlogik mit „es gibt ein x, so dass x ….“ und „für alle x gilt, so dass x ….“ kann die CPU in der Regel nicht in einem Befehl sondern nur in mehreren Programmierbefehlen leisten.
• Ähnlich ist es bei den Datenstrukturen.¹⁸ Die Rechnerkerne können nur auf direkt adressierbare Bereiche im Speicher zugreifen. Will man diese Bereiche verketten (sog. Listen) oder indexieren (Index-Dateien), dann ist meistens ein kleines Programm dafür nötig. CPUs, die mehrere relationale Datenbanken in der Sprache dieser Datenbanken behandeln können, wurden eine Zeitlang hergestellt. Sie konnten leistungs- und kostenmäßig mit den frei programmierbaren von Neumann – Rechnern jedoch nicht mithalten. Deshalb spielt diese Technik heute keine große Rolle mehr. So geht es seither auch weiter: Objektorientierte Datenbanken (z.B. Oracle) sind auch frei programmiert und heute riesige Programmpakete. Analoges gilt für die Anwendungssysteme etwa von SAP und Navision.
• Schlussfolgern und Assoziieren erfordert eine Parallelarbeit, wie in unserem Hirn. Sie erfordern Muße (Warten auf den Geistesblitz), Unzufriedenheit mit einem Ergebnis und auch Zufall. Zufall ist mit einem von Neumann – Computer nicht einfach zu programmieren. Man kann über Algorithmen so tun, als würde man würfeln. Man tut es trotzdem nicht. Man kann auf externe Signale setzen (etwa Spannungsstörungen bei der Stromversorgung) und daraus Wahrscheinlichkeiten simulieren. Alles ist aber fraglich, weil schon fraglich ist, inwieweit es eine mathematisch reine Wahrscheinlichkeit überhaupt im jeweiligen Anwendungsbereich gibt.

Die „Einstellungen“ im Smartphone/Handy muss man ernst nehmen. So wenig wie möglich sollte man zulassen. Am Besten mit Anderen darüber reden. Keiner weiß alles!

Von außen sehen die Programmsysteme unglaublich schlau aus, wenn etwa Google Maps in unseren Kontakte-Ordner auf dem Handy schaut und unsere darin registrierten Bekannten auf seiner elektronischen Landkarte anzeigt. Das hat mit Intelligenz gar nichts zu tun. Da läuft ein an sich dummes Programm ab, das die Daten aus unserem Kontakte-Ordner liest, sie nach USA überträgt, dort in die Google-Maps – Karte richtig einträgt und sie dann wieder an unser Handy zum Anschauen liefert. Analog kann ein an sich dummes Programm die Bilder aus unserer Bildergalerie lesen, schauen wo sie aufgenommen worden sind (die Standorterkennung, falls sie eingeschaltet war, schreibt die Koordinaten zum Bild dazu) und wie bei den Kontakten werden sie nach USA übertragen, dort vielfach dauerhaft gespeichert, und auf unsere Maps-Karte im Handy angezeigt. Je nachdem, wie wir unser Handy eingeschaltet haben, sind unsere Bilder dann künftig überall und von jedem auf der Karte sichtbar. Wen wir das nicht wollen, müssen wir die Standortbestimmung ausschalten, außer wir wollen das Smartphone als Navigationssystem nutzen, und wir müssen im Kontakte-Ordner „Geheimbezeichnungen für die Orte“ verwenden. Wenn wir beispielsweise sowieso wissen, wo unser bester Freund wohnt, muss er ja nicht im Kontakte-Ordner mit allen Daten gespeichert werden. Unseren neuen Bekannten aus Essen können wir auch mit dem Ort „En“ ablegen, ohne Postleitzahl. Solche Tricks nennt man Steganografie, eine uralte Technik, die noch niemand geknackt hat. Verschlüsselungen wurden demgegenüber oft geknackt. Unser Fazit hier: Computerprogramme sind in der Regel sehr einfach, richtiggehend dumm, werden aber vom normalen Benutze...

Inhaltsverzeichnis

• Widmung
• Über dieses Buch
• Zum Autor
• Inhaltsverzeichnis
• Vertrauen in die Digitalisierung
• Digitalkonzepte: Wovon jeder spricht!
• Wir haben Träume realisiert
• Leuchtturm 1: Super- und Quantencomputer
• Leuchtturm 2: Künstliche Neuronale Netze
• Leuchtturm 3: Algorithmen
• Leuchtturm 4: Künstliche Intelligenz und Deep Learning
• Vernetzte Digitalisierung und juristische Begriffe dazu
• Digitalisierung und Datenschutz: Korrekt und sicher muss es sein
• Persönlichkeitsrechte und Ethik in der digitalisierten Gesellschaft
• Unser Bewusstsein in der Digitalisierung
• Digitalisierung wird europäisch und chinesisch
• Unsere Demokratie sichern
• Stichwortverzeichnis
• Impressum