Deze wetenschapper pioniert voor IBM Research in de meest baanbrekende technologieën

De Duitse natuurwetenschapper Heike Riel - Director iOT en AI Solutions van het Research Frontiers Institute van computergigant IBM - verzamelt patenten als waren het schelpen op het strand. Ze heeft er ondertussen meer dan vijftig achter haar naam staan. De laatste jaren speelt haar onderzoek zich vooraf af op het snijvlak tussen de twee meest baanbrekende technologieën van vandaag: kwantumtechnologie en artificiële intelligentie. “Ze hebben elkaar nodig. Dankzij kwantumtechnologie zullen computers veel sneller veel meer berekeningen kunnen maken, en dus exponentieel snel artificieel intelligenter worden.”

We spraken Heike Riel op Web Summit in Lissabon, de jaarlijkse hoogmis van de tech waar 70.000 mensen verzamelen. Op alle 20 podia gaat het vier dagen lang over niets anders dan nieuwe, revolutionaire technologieën die aan lichtsnelheid op ons af komen. Riel, een ervaren wetenschapper, neemt al die talks met een stevige korrel zout. “Het gaat momenteel exponentieel snel, maar die nieuwe technologieën komen echt niet out of the blue opduiken”, zegt de 48-jarige Duitse.

“Wetenschappers buigen zich al sinds de jaren vijftig over artificiële intelligentie”, aldus Riel. “Deep Blue, de schaakcomputer die de wereldkampioen schaken versloeg, is al meer dan twintig jaar oud. Dat durven we wel eens vergeten. Kwantumfysica is al meer dan een eeuw oud. We bestuderen de allerkleinste deeltjes in de natuur – want daar gaat kwantumfysica al over – al meer dan honderd jaar. Kwantumcomputers zijn natuurlijk nieuwer, maar ook die komen echt niet zomaar uit de lucht vallen. Al in de jaren negentig verrichte Charlie Bennett bij ons in huis pionierswerk op dat vlak.”

“Technologische innovatie verloopt volgens een S-curve: jarenlang fundamenteel onderzoek, dan een plots doorbraak en eens die weer matuur genoeg is, komt er weer een nieuwe ontdekking. Maar vandaag zitten we overduidelijk in een stroomversnelling.”

Krachtigste kwantumcomputer ooit

De R&D-afdelingen van de grote technologische bedrijven spelen volgens Heike Riel een belangrijke rol in die stroomversnelling. “IBM heeft altijd fors geïnvesteerd in zijn onderzoeksdepartement. Veertig jaar geleden was dat de normaalste zaak van de wereld, heel wat Nobelprijzen gingen toen naar researchers uit de bedrijfswereld. Bell Labs heeft er bijvoorbeeld 9 op de schouw staan. Maar onder druk van de aandeelhouders zijn bedrijven dat fundamenteel onderzoek beginnen verwaarlozen, en hebben de universiteiten dat gat moeten opvullen. De laatste jaren is er een kentering, en besteden grote technologiebedrijven weer heel veel aandacht aan onderzoek.”

Bij IBM leidde dat onderzoek vorig jaar tot de meest krachtige kwantumcomputer ooit. Onderzoekers bouwden er een die met 50 zogenaamde ‘qubits’ werkt. “Waar een bit altijd staat voor 0 of 1 kan een qubit zowel 0 als 1 zijn”, legt de Duitse uit. “Wil je de rekensnelheid van een gewone computer verdubbelen, dan moet je er gewoon dubbel zoveel transistoren bijsteken. Simpel. Bij een kwantumcomputer gaat dat exponentieel veel sneller. Eén qubit gaat al dubbel zo snel, 2 qubits 4 keer zo snel en 10 qubits al 1.024 keer zo snel. Een kwantumcomputer van 50 qubits kan al een waanzinnige hoeveelheid berekeningen maken.”

Extra computing power voor AI

IBM verricht niet alleen pionierswerk rond kwantumcomputers, met supercomputer Watson zette de informaticareus ook al vroeg in op artificiële intelligentie. Beiden gaan hand in hand, benadrukt Heike Riel. “Net door die enorme rekenkracht is kwantumtechnologie van cruciaal belang voor artificiële intelligentie. Kwantumtechnologie zorgt voor de hardware, voor de physics, van AI.”

“Wat heeft artificiële intelligentie nodig? Drie dingen: grote hoeveelheden data, computing power om die data te verwerken, en algoritmes om applicaties te laten werken. Kwantumtechnologie grijpt in op die computing power: hoe meer berekeningen de computer kan maken, des te sneller hij leert en des te slimmer hij wordt. Iedereen die met machine learning en deep learning bezig is, kijkt nieuwsgierig naar de stappen die we zetten met onze kwantumcomputers.”

Artificiële intelligentie is vandaag vooral narrow AI, aldus Riel. “Ze is gebouwd om één specifieke taak te kunnen verrichten. Daar houdt het op”, zegt ze. “Alles wat ook maar een beetje afwijkt van die ene taak lukt niet meer. Bij broad AI kunnen we learnings van het ene domein naar het andere domein exporteren, en gaan bijvoorbeeld bots exponentieel veel slimmer worden en meer taken aankunnen. Kwantumtechnologie is dé sleutel om van narrow AI op te schuiven naar broad AI.”

Veel sneller nieuwe materialen ontwikkelen

Heike Riel legt uit dat de mogelijkheden van kwantumtechnologie veel verder reiken, tot de maakindustrie. “Of het nu om auto’s, om vliegtuigen, om medicatie of om kleding gaat: tussen de eerste R&D en de uiteindelijke productie van nieuwe producten en materialen zit een bijzonder lange levenscyclus. Kwantumtechnologie kan ervoor zorgen dat we het samenspel van moleculen – uiteindelijk draait het daar bij alle materialen om – veel sneller begrijpen én kunnen automatiseren. Kwantumcomputers kunnen de waarschijnlijkheid van die moleculencombinaties véél sneller calculeren.”

“Processen die nu nog gemakkelijk twintig jaar in beslag nemen, kan kwantumtechnologie geweldig versnellen. Maar zover zijn we nog niet. De cooling, de coherentietijd waarin de qubits bepaalde rekencombinaties kunnen aanhouden,… Er zijn nog heel wat uitdagingen voor kwantumtechnologie.”

Kwantumtechnologie in de cloud

Om die uitdagingen versneld tot een goed einde te brengen, riep IBM de Q Experience of Quantum Experience in het leven. Dat platform is niet alleen een bron voor laagdrempelige informatie over kwantumtechnologie, het is vooral een open source netwerk. Met de 16 qubit processor kan iedereen experimenteren met een kwantumcomputer. Wetenschappers kunnen dan weer onderzoek over kwantumtechnologie delen.

“Ondertussen zijn er op het cloudplatform al meer dan 6 miljoen experimenten gedaan”, legt Heike Riel uit. “Die experimenten maken kwantumcomputers alleen maar slimmer, veel sneller dan wanneer we het op ons eentje zouden doen. Er zijn ook al 130 wetenschappelijke papers gebouwd op de informatie die we ter beschikking stellen.”

Gaan we nu binnen een paar jaar allemaal werken op een kwantumcomputer? Riel moet erom lachen, omdat ze de vraag al ontelbare keren heeft gehoord. “Ik begrijp dat het verwarrend is, en dat veel mensen denken dat een kwantumcomputer een nieuw type computer is. Maar machine learning of deep learning doe je ook niet met je laptop, dat doe je eigenlijk vanop eender welke computer, via de cloud.”

Nieuwsgierig om zelf aan de slag te gaan met de kwantumcomputer? Op IBM Q Experience kan je zelf experimenten uitvoeren.