Rekenen met moleculen
De bestaande digitale technologie loopt tegen haar beperkingen aan. Albert Wong werkt aan een baanbrekend alternatief voor de computer: hij laat moleculen het rekenwerk doen.
Wong wordt al jaren gedreven door de vraag hoe het leven werkt. Voor het antwoord hierop gaat de chemicus terug naar de kleinste schaal: moleculen. “Ik heb in het verleden vanuit een scheikundig perspectief onderzocht hoe een levende cel werkt, en hoe het zou kunnen ontstaan. Nu wil ik het onderzoek doorzetten en probeer ik het antwoord te vinden op de vraag: Hoe kan een cel rekenen?”
‘Chemisch’ rekenen
Moleculen hebben de neiging om te interacteren met elkaar. Door samen te werken en competitie te leveren vormen ze netwerken. Ze zijn in essentie ‘voorgeprogrammeerd’ voor netwerkrekenen, zoals gebruikt in kunstmatige intelligentie. Die eigenschap zou wel eens interessant kunnen zijn voor een nieuwe toepassing, denkt Wong. “Stel dat we informatie op een efficiënte manier kunnen opslaan in moleculen. Kunnen toekomstige computers dan werken op basis van natuurlijke technologie in plaats van digitale technologie? Met andere woorden: zijn computers straks in staat om te rekenen op basis van chemische reacties van moleculen?”
Netwerken bouwen
Wong is voor zijn onderzoek bezig om vanuit het niets netwerken van moleculen te bouwen in een zogeheten flow reactor, die het systeem buiten het evenwicht houdt en gecontroleerd reacties bij moleculen opwekt. “Kun je op die manier een levend netwerken op nanoschaal creëren? Zou het zo zijn dat: hoe willekeuriger de basiscondities zijn, met allerlei verschillende mengsels van moleculen, hoe groter de kans is dat een netwerk kan ontstaan?”
Zijn promotieonderzoek toonde eerder al aan dat buiten een zogeheten thermodynamisch evenwicht eenvoudige chemische reacties de basis vormen voor complexe netwerken binnen bijvoorbeeld een levende cel. Wong zocht vervolgens naar de chemische oorsprong van het leven en naar nieuwe mogelijkheden voor opslag van informatie en rekenen met moleculen. “Moleculen doen iets anders dan elektronen, die we nu gebruiken voor rekenen.”
Oplossing voor energie- en grondstoftekort
De ‘natuurlijke’ manier van rekenen kan het antwoord zijn op de maatschappelijke uitdagingen van deze tijd. De bestaande digitale technologie loopt namelijk tegen haar grenzen aan. De opslag en de verwerking van data vragen enorme hoeveelheden energie. De digitale netwerken zijn een gewild doelwit voor cybercriminelen. Ook dreigt een tekort aan grondstoffen voor chips.
Het gebruik van moleculen heeft deze nadelen niet of nauwelijks, aldus Wong. “Er is aanzienlijk minder energie nodig voor opslag en verwerking van data. Het ontsleutelen van informatie wordt lastiger. Bovendien zouden chips straks niet langer gemaakt hoeven te worden van een schaarser wordende grondstof als silicium, maar van recyclebare moleculen.”
Veni-beurs
Wongs huidige onderzoek in Twente, waarvoor hij een Veni-beurs heeft ontvangen, is geïnspireerd op het werk van Alan Turing. Deze legendarische wiskundige bouwde in 1940 een decoderingsapparaat dat aan de wieg stond van het computertijdperk. Vlak voor zijn dood publiceerde Turing zijn bevindingen over ‘levende’ rekenkracht. Dat wil zeggen: rekenkracht op basis van moleculen en hun vermogen om verschillende reactie- en diffusiepaden te creëren. “Deze theorie, die hij nooit heeft kunnen uitwerken, is het vertrekpunt van mijn onderzoek.”
Wong verwacht juist in Twente te komen met de alternatieve manier van rekenen. “Binnen deze universiteit zit veel kennis op het gebied van nanotechnologie. Die hebben we nodig om schaalbare en modulaire netwerken te bouwen voor deze nieuwe technologie.”
Onderwijs
Als Albert Wong lesgeeft aan eerstejaarsstudenten, houdt hij het graag praktisch. De studenten krijgen opdrachten die thuis uitvoerbaar zijn. “Met een appel en een banaan kun je al netwerken van chemische reacties bouwen.” Daarnaast doceert Wong nanochemie aan derdejaars en geeft hij het vak Physical Organic Chemistry aan masterstudenten. “In mijn onderwijsactiviteiten gebruik ik vaak het lab om complexe problemen op te lossen. Het begint met iets leuks maken thuis. Daarna wordt het meer theoretisch en gaan we verbanden leggen met nanochemie. In de derde fase leer je wat nodig is in het lab. Ik zie het als een verantwoordelijkheid voor onderzoekers om studenten enthousiast te maken voor de wetenschap en hen bewust te maken van de betekenis ervan voor deze samenleving. Ze groeien op in een tijdperk van desinformatie. Studenten zijn in de meest brede zin de onderzoekers en onderwijzers van de toekomst, die de geloofwaardigheid van de wetenschap moeten bewaken. ”
Over Albert Wong
Albert Wong behaalde in 2013 de master Scheikunde aan de Radboud Universiteit in Nijmegen, waar hij vier jaar later cum laude promoveerde in Fysische Organische Chemie. Voor zijn proefschrift ontving hij de Backer-KNCV Prijs en de Radboud IMM Best Thesis Award.
Wong werkte drie jaar als postdoctoraal onderzoek aan de Harvard University in de Verenigde Staten en is sinds 2020 als assistant professor verbonden aan de Universiteit Twente. Zijn onderzoeksgroep is ingebed in de afdeling Moleculen en Materialen binnen de faculteit Technische Natuurwetenschappen (TNW).
Wong kreeg in 2020 een Veni-beurs toegekend voor onderzoek naar nieuwe moleculaire computerstrategieën om dynamiek in complexe systemen te voorspellen. Wong maakt deel uit van The Centre for Brain-Inspired Nano Systems (BRAINS), dat tot doel heeft efficiënte hardware voor informatieverwerking te ontwikkelen.
Persfoto's
Deze persfoto's kunnen zonder copyright restricties gebruikt worden. Wel onder vermelding van Fokke Eenhoorn fotografie.