VUB-team brengt nieuwe supercomputer stap dichterbij

Nu de klassieke computerchip stilaan op zijn fysieke limieten botst, wordt met belangstelling uitgekeken naar doorbraken in alternatieve technologie die het mogelijk moet maken grote en complexe berekeningen snel uit te voeren.

Veel futurologen dromen al volop over de onbegrensde mogelijkheden van kwantumcomputers, die gebruikmaken van de bizarre kwantumfysische eigenschappen van subatomaire deeltjes. Maar hoewel er met man en macht aan gewerkt wordt, zal een commercieel inzetbare kwantummachine nog jaren op zich laten wachten.

Mogelijk biedt dat kansen aan een rivaliserende technologie die gebruikmaakt van laserlicht in plaats van de elektronische schakelingen van de huidige computers. ‘Een traditionele computer werkt met digitale bits die 0 of 1 kunnen zijn. Een optisch systeem is analoog, waardoor je, afhankelijk van de intensiteit van de laser, ook waarden tussen 0 en 1 kunt aannemen’, zegt Fabian Böhm van de onderzoeksgroep Applied Physics van de Vrije Universiteit Brussel (VUB).

Het probleem was dat je in de praktijk kilometerslange optische vezels en krachtige lasersystemen nodig had om zo’n systeem te bouwen. Böhm en zijn collega’s Guy Verschaffelt en Guy Van der Sande hebben nu een manier ontwikkeld om het hele systeem veel compacter - en daarmee goedkoper en energiezuiniger - in de praktijk te brengen. Ze publiceerden hun methode in het wetenschappelijk tijdschrift Nature Communications.

Toegankelijker

De Vlaamse fysicus Kristiaan De Greve van het Leuvense onderzoekscentrum Imec, die aan Stanford University heeft samengewerkt met de Japanse grondlegger van de technologie Yoshihisa Yamamoto, noemt het een interessante ontwikkeling. ‘Deze technologie was zo complex dat wereldwijd maar een handvol mensen in staat waren ze te implementeren. Dankzij het onderzoek van de VUB zal ze nu toegankelijker worden voor veel meer onderzoekers.’

Het soort computer dat het VUB-team ontwierp, staat bij wetenschappers bekend als een ‘Coherent Ising Machine’, genoemd naar een wiskundig model van de Duitse fysicus Ernst Ising. ‘Zo’n computer kan heel goed optimalisatieproblemen oplossen, zoals het vinden van de snelste route tussen twee punten’, zegt Böhm. ‘Je kan dat ook met andere technologie bereiken, maar een optisch systeem biedt het voordeel dat de componenten vandaag al veelvuldig gebruikt worden om data te versturen via het internet.’

De relatief lage kostprijs kan optische systemen een voordeel geven in vergelijking met kwantumcomputers, die nog experimenteel en erg duur zijn. Maar ook het kwantumonderzoek kan op zeker ogenblik een nieuwe sprong voorwaarts maken.

Nieuwe geneesmiddelen

Bij Imec, dat al decennia in de spits loopt in de ontwikkeling van steeds compactere computerchips, wedden ze dan ook liever op beide paarden. ‘We hebben een kwantumprogramma waarmee we er op termijn naar streven met onze chiptechnologie een kwantumcomputer te bouwen. Maar ook de optische technologie bestuderen we’, zegt R&D-hoofd Peter Debacker.

Wellicht kunnen beide technologieën naast elkaar bestaan, omdat ze goed zijn in het oplossen van andere problemen. ‘Met kwantumcomputers zullen we ooit in staat zijn moleculaire reacties met een computer te simuleren. Dat opent enorme mogelijkheden voor de ontwikkeling van nieuwe geneesmiddelen. Een optisch systeem is geschikter voor typische optimalisatieproblemen met heel veel variabelen, zoals het plannen van treinen of het beheer van een groot energienetwerk’, zegt De Greve.

Dat we ooit optische superchips in onze pc of smartphone hebben, is volgens Böhm zeker niet onmogelijk. ‘Vandaag gebeuren veel optimalisatieberekeningen in de cloud door grote computers van Google of Amazon, maar dat kost veel energie en is weinig duurzaam. Mogelijk zal een deel van die rekenkracht terug naar de toestellen gaan, met extreem snelle chips om bepaalde taken uit te voeren.’