De Belg die kwantumcomputers tussen de lijntjes leert te lezen
Als het niks wordt met kwantumcomputers, zal het niet aan INTERVIEW BOB COECKE Bob Coecke hebben gelegen. De Belgische pionier werkt in Oxford aan toepassingen in onder meer de taalkunde, met dank aan Shakespeare en The big Lebowski.
‘The most interesting stuff happens when worlds collide’, zegt theoretisch fysicus Bob Coecke over de vijftigkoppige onderzoeksgroep die hij jarenlang aan de Universiteit van Oxford heeft geleid. Hij noemt het team ‘een van de meest multidisciplinaire ter wereld’. Nu worden wel meer samenwerkingen multidisciplinair genoemd, maar van de 52-jarige, atypische OxfordBelg zijn we geneigd het te geloven. Coecke is al meer dan twintig jaar hoogleraar aan de Britse topuniversiteit. Nu ruilt hij de academische wereld voor de privésector. Coecke wordt chief scientist bij Cambridge Quantum Computing, een spin-off van die andere beroemde Britse universiteit die kwantumsoftware ontwikkelt.
Kwantumsoftware is de interesting stuff waar Coecke en zijn collega’s al jaren onderzoek naar doen. Net als bij gewone computers is het de software die bepaalt wat een kwantumcomputer allemaal kan (zie inzet). Voorlopig is dat nog niet veel. Google en recentelijk nog een Chinees onderzoeksinstituut mogen dan de ‘kwantumheerschappij’ claimen – de toestand waarbij een kwantumcomputer een taak sneller uitvoert dan de krachtigste klassieke computer –, in feite kunnen hun prototypes alleen triviale, nutteloze berekeningen uitvoeren.
Weg met wiskunde
Dan heeft Coecke meer ambitie. Bij Cambridge Quantum Computing wil hij (vanuit een vestiging in Oxford) bouwen aan een kwantumalgoritme dat begrijpend kan lezen. Geen zoekmachine dus die alleen op afzonderlijke woorden reageert, maar een tool die grammatica begrijpt en complete zinnen en volledige teksten begrijpt, en die zelfs tussen de regels door kan lezen.
Met gewone computers is dat computerlinguïsten nooit gelukt. Meer dan tien jaar geleden ontdekte Coecke hoe dat komt: de structuur van de menselijke taal bleek veeleer ‘kwantum’ dan klassiek te zijn. Dat uit zich bijvoorbeeld in de manier waarop woorden binnen een zin met elkaar zijn verbonden, en hoe zo betekenis ontstaat. Het is vergelijkbaar met kwantumdeeltjes (elektronen, bijvoorbeeld) die verstrengeld zijn in een toestand van superpositie. In beide gevallen zit de essentie in het netwerk: los van elkaar hebben de woorden niet de bedoelde betekenis, net zoals de eigenschappen van elk deeltje ‘uitgesmeerd’ zijn over de andere deeltjes.
Nochtans was het niet Coeckes eerste bedoeling om een computer begrijpend te leren lezen. Vijftien jaar lang heeft hij gewerkt aan een nieuwe voorstelling van de kwantummechanica – de fysische theorie die de microwereld beschrijft – op basis van pictogrammen. ‘Daarmee wilde ik komaf maken met de manier waarop de theorie traditioneel wordt voorgesteld, met golffuncties en andere complexe wiskunde waaraan ik me altijd heb gestoord.’
Magnum opus
Dat eigenzinnige, rebelse kantje komt ook naar voren tijdens het videogesprek, vanuit een kelderachtige ruimte die het midden houdt tussen een mancave en een repetitieruimte – Coecke is naast fysicus ook muzikant. Begin jaren 90 trad hij geregeld op in het vroegere Kultuurkaffee op de campus van de VUB, zijn alma mater.
Toen die grafische voorstelling van de kwantummechanica in 2010 klaar was, kon ze maar op weinig interesse rekenen. ‘Collega’s vonden het er leuk uitzien, maar ze zagen er geen nut in.’ Dat veranderde snel: vandaag is Coeckes magnum opus zowat het draaiboek geworden om kwantumcomputers efficiënt te programmeren. Bovendien blijkt het sterk aan te leunen bij de grammaticale modellen van Noam Chomsky, maar die dateren al van halfweg vorige eeuw. ‘Taalverwerkingsmodellen gebaseerd op Chomsky’s werk crashen al snel op gewone computers. Wij hebben ingezien dat we daarvoor een kwantumcomputer nodig hebben.’
Bob Coecke
Coecke en zijn collega’s konden terecht bij IBM, dat een prototype ter beschikking stelt aan wetenschappers en bedrijven. Daarop programmeren ze momenteel stukken tekst van honderden zinnen lang, uit Shakespeares Romeo en Julia maar ook uit de film The big Lebowski. ‘Daarna stellen we vragen over de inhoud en de context. Voorlopig lukt dat heel goed.’
Andere kwantumtoepassingen situeren zich in heel andere domeinen, zoals de chemie en de farmacie. Kwantumcomputers kunnen het gedrag van atomen en moleculen simuleren, waardoor de uitkomst van chemische reacties kan worden voorspeld zonder ze uit te voeren. Dat zou een enorme stimulans geven aan de ontwikkeling van nieuwe geneesmiddelen, materialen en katalysatoren.
‘Grote bedrijven uit verschillende sectoren investeren fors, ze willen klaar zijn als de kwantumrevolutie straks echt losbarst’
Chief scientist Cambridge Quantum Computing
Hype
Rest de vraag of kwantumcomputing die torenhoge verwachtingen kan waarmaken. Of blijft het bij een hype? ‘Wat jij een hype noemt, noem ik een selffulfilling prophecy. Grote bedrijven uit verschillende sectoren investeren er fors in, ze willen klaar zijn als de kwantumrevolutie straks echt losbarst.’
Coeckes nieuwe werkgever heeft al meerdere miljoenencontracten afgesloten. Het verklaart waarom er nu al veel geld kan worden verdiend met kwantumsoftware, terwijl de computers waarop die moet draaien nog niet bestaan. En waarom Coecke maar met zijn vingers moet knippen als hij onderzoeksbudget nodig heeft. ‘Dat was op de universiteit wel anders.’