De komende jaren gaat quantum computing zorgen voor een vele malen grotere rekenkracht. Die technologie kan gekoppeld worden aan kunstmatige intelligentie, gevoed door steeds meer en betere data, geanalyseerd met steeds slimmere algoritmes. Voeg daar de bandbreedte van 5G aan toe en er ontstaat een combinatie die de samenleving – en zeker ook de hightech industrie – ingrijpend zal veranderen. Een gesprek met IBM Fellow Heike Riel.
Effectievere medicijnen, circulaire materialen, betere beslissingen
Heike Riel is een veelvuldig onderscheiden natuurkundige. Ze geeft leiding aan het Science & Technology-team van IBM’s lab in Zürich waar onderzoek gedaan wordt naar tal van technologieën die op de hype-cycli van Gartner zijn terug te vinden. Volgens haar is de huidige, snelle opkomst van kunstmatige intelligentie te danken aan drie factoren: big data, computerkracht en algoritmes. ‘Artificiële intelligentie (AI) bestaat al vijftig jaar, maar heeft met het toenemen van de rekenkracht van microprocessoren en de beschikbaarheid van data enorm aan waarde gewonnen. Tot dusver is, in lijn met de Wet van Moore, het aantal transistors op een chip ongeveer elke twee jaar verdubbeld – en daarmee het aantal calculaties per seconde en per dollar. De transistoren zijn veel kleiner gemaakt en ook de architectuur van de chips is aangepast, opdat ze bij een steeds hogere rekensnelheid niet steeds meer energie zouden gaan verbruiken. Dankzij die verbeteringen zijn computers nu in staat in korte tijd de grote hoeveelheid beschikbaar gekomen, gelabelde data te verwerken, conform specifieke, steeds slimmere algoritmes. Die drie trends hebben AI een enorme boost gegeven en interessant gemaakt voor allerhande toepassingen, ook voor de hightech industrie. Ze hebben ook veel jonge, getalenteerde mensen aangetrokken, wat de ontwikkeling van AI-toepassingen verder heeft versneld.’
Radicaal veranderen
Die toepassingen zullen de komende jaren geavanceerder worden en de hightech industrie radicaal veranderen, aldus Riel. ‘Onder meer door het ontdekken van nieuwe materialen, die bijvoorbeeld de werking van batterijen fors verbeteren. Of waaruit robuuste bladen voor grote windturbines kunnen worden geproduceerd die wél herbruikbaar zijn. Nu zijn dat nog veelal vezelversterkte kunststoffen die aan het eind van hun levensduur niet te recyclen zijn. Ook kun je met AI processen steeds beter beheersen doordat grote hoeveelheden data, afkomstig van tal van sensoren in een industrieel proces, snel en correct zijn te interpreteren.’ Met die informatie kunnen productieprocessen worden geoptimaliseerd en energiezuiniger worden gemaakt. ‘Nu zijn voor het optimaal laten functioneren van complexe systemen als hoogovens zeer goed opgeleide operators nodig, met vele jaren ervaring. Die experts worden schaarser en dan is het een uitkomst als AI minder ervaren mensen kan ondersteunen, omdat daarmee ook een zeer grote hoeveelheid, onderling interacterende parameters goed geïnterpreteerd kan worden.’
‘Met AI kun je processen steeds beter beheersen’
Betere ketensamenwerking
Maar AI kan ook helpen de samenwerking in de toeleverketen te verbeteren, vervolgt ze. ‘De internationaal opererende industrie heeft te maken met talloze, voortdurend veranderende milieu-, veiligheids- en handelsregels. Met kunstmatige intelligentie kan heel snel worden nagegaan welke toeleverancier compliant is met al die regels. Ook in de medische technologie zal de komende jaren veel veranderen. Een medisch specialist bijvoorbeeld kan onmogelijk alle wetenschappelijke literatuur bijhouden die hem zou kunnen ondersteunen bij het vaststellen van een diagnose of het kiezen van een behandeling. AI kan uit alle literatuur die informatie destilleren die voor zijn beslissing relevant is.’
Innerlijke structuur
Het aantal toepassingsmogelijkheden van AI zal de komende tien jaar door quantum computing verder worden vergroot, aldus Heike Riel. Er zijn heel veel vraagstukken die met de klassieke computers niet kunnen worden opgelost, omdat ze te complex zijn. ‘Om bijvoorbeeld het gedrag van materialen exact te doorgronden, moet je diep in de moleculen kijken, naar de innerlijke structuur van de verschillende atomen, de elektronen die om de atoomkern heen draaien en hoe die met elkaar, volgens de wetten van de quantummechanica, interacteren. Het accuraat berekenen van de elektronenstructuur en het gedrag ervan vergt enorm veel rekenkracht, veel meer dan nu beschikbaar is. Tot nog toe lieten onderzoekers daarom veel parameters weg, dat vereenvoudigde de wiskundige vergelijking om toch tot hypotheses te kunnen komen.’ Met quantumcomputers kun je al die quantummechanische interacties in een molecuul wel tot in detail doorrekenen. ‘Dan valt bijvoorbeeld heel nauwkeurig te voorspellen wat het effect van een bepaald molecuul geneesmiddel op een molecuul weefsel in het menselijk lichaam zal zijn en of dat tot genezing zal leiden. Of wat in een batterij de impact van het ene molecuul materiaal op het andere zal zijn en of dat gaat zorgen voor een betere opslag van elektriciteit.’
Prijs- en risicoanalyse
Quantumcomputers kunnen zorgen voor veel betere investeringsbeslissingen. ‘Risicomanagement speelt een centrale rol in ons financieel systeem. In de toekomst kan quantum computing zorgen voor een veel betere prijs- en risicoanalyse. Vandaag zijn de zogeheten Monte Carlo-simulaties de gebruikelijke methode om risico’s te berekenen. Die vragen echter veel rekenkracht en het analyseren van complexe portfolio’s kan dagen zo niet weken duren. Wij hebben een quantumalgoritme ontwikkeld en getest waarmee dat analysewerk veel sneller kan worden uitgevoerd.’ Daarmee zijn in plaats van een miljoen samples er slechts tienduizend nodig voor een vergelijkbaar resultaat. Dus zijn veel betere assessments mogelijk en kunnen in de toekomst veel beter onderbouwde beslissingen worden genomen, direct aan de vergadertafel in de directiekamer.
Verduurzaming
De combinatie van quantum computing, AI en 5G zal het ook gemakkelijker maken om het industriële bedrijf te verduurzamen. ‘Het bepalen van de meest optimale en daarmee meest energie-efficiënte route voor een verkoper als die langs vijftien bestemmingen moet, lijkt eenvoudig maar is met klassieke computertechnologie niet mogelijk. Daarvoor is het aantal combinatiemogelijkheden simpelweg te groot. Met de nieuwe technologieën kan dat wel. Evengoed kun je daarmee talloze, circulaire materiaalstromen tracken en tracen, veilig gedocumenteerd met blockchaintechnologie.’
Meer over Heike Riel
Heike Riel is als wetenschapper bekend geworden vanwege haar inspanningen om met natuurkundige wetmatigheden de grenzen van de informatietechnologie te verleggen. Ze is een IBM Fellow, de hoogste technische onderscheiding die IBM kent, en hoofd van de Science & Technology-afdeling van IBM Research in Zürich. Riel heeft veel prijzen gewonnen voor haar wetenschappelijke en technologische prestaties en heeft meer dan 140 peer-reviewed publicaties en ruim 50 patenten op haar naam staan.
