Quantum Computers Aren’t What You Think — They’re Cooler | Hartmut Neven | TED

المترجم: Taim Kellizy المدقّق: Hani Eldalees

I'm Hartmut, I lead Google Quantum AI.

أنا هارتموت، أقود قسم الذكاء الاصطناعي الكمي في غوغل.

I have been working on quantum computing since 2012.

أعمل على الحوسبة الكمية منذ عام 2012.

And let me tell you why this is so intriguing.

واسمحوا لي أن أخبركم لماذا هذا مثير للاهتمام.

Today's computers, like your laptop or a server at a Google data center,

تعمل أجهزة الكمبيوتر الحالية،

مثل الكمبيوتر المحمول أو الخادم في مركز بيانات Google،

operate on the binary logic of zeros and ones.

على المنطق الثنائي للأصفار والآحاد.

A quantum computer like this one replaces the binary logic

يستبدل كمبيوتر كمي مثل هذا المنطق

with the laws of quantum physics that gives it more powerful operations,

الثنائي بقوانين فيزياء الكم التي تمنحه عمليات أكثر قوة،

allowing it to perform certain computations with way fewer steps.

مما يسمح له بإجراء حسابات معينة بخطوات أقل بكثير.

So where does this superpower come from?

إذن من أين تأتي هذه القوة الخارقة؟

Quantum computing is the first technology

الحوسبة الكمومية هي أول تقنية

that takes the idea serious that we live in a multiverse.

تأخذ فكرة جدية بأننا نعيش في كون متعدد.

It can be seen as farming out computations to parallel universes.

يمكن أن يُنظر إليه على أنه تطوير الحسابات إلى أكوان متوازية.

Let me explain.

اسمحوا لي أن أشرح.

In quantum physics,

في فيزياء الكم،

the key mathematical object

يُطلق على الكائن الرياضي الرئيسي

to describe many worlds is called superposition.

لوصف العديد من العوالم اسم التراكب.

To understand what it is, let's look at this simple system.

لفهم ماهيته، دعونا ننظر إلى هذا النظام البسيط.

You just need three bits to describe it.

تحتاج فقط إلى ثلاث بتات لوصفها.

Each coin is a two-state system.

كل عملة هي نظام الثنائي.

Heads or tails,

رؤوس أو ذيول،

zero or one.

صفر أو واحد.

We look at a start state.

نحن ننظر إلى حالة البداية.

If I were to know which forces act on the system,

إذا كنت أعرف القوى التي تعمل على النظام،

then I can predict its trajectory and future states.

فيمكنني التنبؤ بمساره وحالاته المستقبلية.

This is how we reason in classical physics and also in everyday life.

هذه هي الطريقة التي نفكر بها في الفيزياء الكلاسيكية

وأيضًا في الحياة اليومية.

But if you were to treat this as a quantum system,

ولكن إذا كنت ستتعامل مع هذا كنظام كمي،

then it can branch into many configurations simultaneously.

فيمكن أن يتفرع إلى العديد من التكوينات في وقت واحد.

And we have to keep track of all those trajectories,

وعلينا أن نتتبع كل تلك المسارات،

interfere them to make an accurate prediction

وأن نتدخل فيها لعمل تنبؤ دقيق

of what states we are going to see in the future.

بالحالات التي سنراها في المستقبل.

So the equations of quantum mechanics

لذا فإن معادلات ميكانيكا الكم

tell us that at any time, any object,

تخبرنا أنه في أي وقت، يوجد أي كائن،

myself or the world at large,

أنا أو العالم بأسره،

exists in a superposition of many configurations.

في تراكب العديد من التكوينات.

Intriguingly, look around in this room.

ومن المثير للاهتمام، انظر حولك في هذه الغرفة.

We are forming a configuration too.

نحن نشكل تكوينًا أيضًا.

And the equations of quantum physics would suggest

وتشير معادلات فيزياء الكم

that we sit in different arrangements in different worlds.

إلى أننا نجلس في ترتيبات مختلفة في عوالم مختلفة.

This superpower can be applied to computation.

يمكن تطبيق هذه القوة الخارقة على الحساب.

Picture a search task.

تخيل مهمة بحث.

By envisioning a very tall closet with a million drawers,

من خلال تخيل خزانة طويلة جدًا بها مليون درج،

I place an item in one of the drawers.

أضع عنصرًا في أحد الأدراج.

How many drawers do you have to open to find the item?

كم عدد الأدراج التي يجب عليك فتحها للعثور على العنصر؟

In average it will be half a million,

في المتوسط سيكون نصف مليون،

but if you had access to a quantum algorithm,

ولكن إذا كان لديك وصول إلى خوارزمية كمومية،

it would only be 1,000 steps to find the item.

فستكون هناك 1000 خطوة فقط للعثور على العنصر.

How in the world can this be?

كيف يمكن أن يكون هذا حقيقياً؟

Indeed, it cannot be in a single world.

في الواقع، لا يمكن أن يكون في عالم واحد.

So here you see a good example

لذلك ترى هنا مثالًا جيدًا على كيفية

of how quantum computing can attain an advantage

حصول الحوسبة الكمية على ميزة

by performing computations in parallel worlds.

من خلال إجراء العمليات الحسابية في عوالم متوازية.

Let me show you how to use a quantum computer in practice.

دعني أوضح لك كيفية استخدام الكمبيوتر الكمي عمليًا.

So here you see a program in Cirq,

لذلك هنا ترى برنامجًا في Cirq،

or Python-based programming language to express quantum algorithms.

أو لغة البرمجة القائمة على Python للتعبير عن الخوارزميات الكمية.

It looks like sheet music.

تبدو مثل النوتة الموسيقية.

Each line represents a qubit,

يمثل كل سطر كيوبت،

and each box represents an operation.

وكل مربع يمثل عملية.

When I hit return,

عندما أضغط على return،

then it gets transmitted to our data center

يتم نقله إلى مركز البيانات الخاص بنا

in Santa Barbara.

في سانتا باربرا.

Here you actually see a live feed of one of our machines.

هنا ترى بالفعل تغذية حية لإحدى أجهزتنا.

Actually, our most powerful quantum computers now have over 100 qubits.

في الواقع، تمتلك أقوى أجهزة الكمبيوتر الكمومية

لدينا الآن أكثر من 100 كيوبت.

There, the operations get translated into waveforms,

هناك، تتم ترجمة العمليات إلى أشكال الموجة،

electrical pulses that control the qubits.

والنبضات الكهربائية التي تتحكم في الكيوبتات.

You see how the waveforms change as I change the circuit.

ترى كيف تتغير أشكال الموجة عندما أقوم بتغيير الدائرة.

So this is a simple two-qubit circuit performing quantum search.

إذن هذه دائرة بسيطة ثنائية الكيوبت تقوم بإجراء بحث كمي.

For the programmers among you,

بالنسبة للمبرمجين بينكم،

please note how I find one item in a database of four

يرجى ملاحظة كيف أجد عنصرًا واحدًا في قاعدة بيانات مكونة من أربعة

by only doing a single call to the database.

عن طريق إجراء مكالمة واحدة فقط إلى قاعدة البيانات.

This is something you could not do on an ordinary computer.

هذا شيء لا يمكنك القيام به على جهاز كمبيوتر عادي.

So what can you do with quantum computers today?

إذن ماذا يمكنك أن تفعل مع أجهزة الكمبيوتر الكمية اليوم؟

We have prepared interesting quantum states

لقد أعددنا حالات كمية مثيرة للاهتمام

and studied their properties.

ودرسنا خصائصها.

This has led to dozens of publications

وقد أدى ذلك إلى عشرات المنشورات

in high-impact journals like Nature or Science.

في المجلات عالية التأثير مثل Nature أو Science.

Actually, I like to think of it as creating little pieces of magic.

في الواقع، أحب أن أفكر في الأمر على أنه صنع قطع صغيرة من السحر.

For example, one state we prepared

على سبيل المثال،

can be thought of as spawning a tiny traversable wormhole.

يمكن اعتبار إحدى الحالات التي أعددناها بمثابة تفريخ ثقب دودي صغير يمكن عبوره.

We can use it to learn about the physics of wormholes.

يمكننا استخدامه للتعرف على فيزياء الثقوب الدودية.

We can throw a qubit in

يمكننا طرح كيوبت

and see how it reappears on the other side.

ونرى كيف يظهر مرة أخرى على الجانب الآخر.

We made time crystals.

لقد صنعنا بلورات الوقت.

That's a cool word, isn't it?

هذه كلمة رائعة، أليس كذلك؟

Like, who doesn't want to have a time crystal as an earring?

مثل، من لا يريد الحصول على بلورة زمنية كقرط؟

Time crystals have amazing physical properties.

بلورات الوقت لها خصائص فيزيائية مذهلة.

They change periodically in time without ever exchanging energy

إنها تتغير بشكل دوري مع مرور الوقت دون تبادل الطاقة

with the environment.

مع البيئة.

That's the closest to a perpetual mobile

هذا هو الأقرب إلى الهاتف المحمول الدائم

that the laws of physics allow you to get.

الذي تسمح لك قوانين الفيزياء بالحصول عليه.

Or a final example, non-abelian anyons.

أو المثال الأخير، أي شخص غير أبيلي.

This is a mouthful,

هذا ممتع،

but these are systems that change the overall properties

لكن هذه أنظمة تغير الخصائص العامة

when exchanging two identical parts,

عند تبادل جزأين متطابقين،

something humans have never seen before.

وهو أمر لم يسبق للبشر رؤيته من قبل.

Because envision a little house made of Lego bricks

لأنه تخيل منزلًا صغيرًا مصنوعًا من مكعبات الليغو

and envision swapping two bricks that look identical.

وتخيل تبديل قطعتين تبدوان متطابقين.

In everyday life, you would not notice a difference,

في الحياة اليومية، لن تلاحظ فرقًا،

but quantum physicists had predicted that systems can exist,

لكن علماء فيزياء الكم توقعوا أن الأنظمة يمكن أن توجد،

that exchange or change their properties

والتي تتبادل أو تغير خصائصها

when you exchange two identical parts.

عندما تتبادل جزأين متطابقين.

To date, nobody has performed

حتى الآن، لم يقم

a practical application that can only be done on a quantum computer.

أحد بتنفيذ تطبيق عملي لا يمكن القيام به إلا على جهاز كمبيوتر كمي.

Despite what you may have read in the press.

على الرغم مما قد قرأته في الصحافة.

But today, I'm excited to tell you that we are completing the design

ولكن اليوم، يسعدني أن أخبركم أننا نكمل تصميم

of an algorithm that may lead to first commercial applications.

خوارزمية قد تؤدي إلى التطبيقات التجارية الأولى.

This quantum algorithm performs signal processing

تقوم هذه الخوارزمية الكمومية بمعالجة الإشارات

to enable new ways to detect and analyze molecules

لتمكين طرق جديدة لاكتشاف الجزيئات وتحليلها

using nuclear electronic spin spectroscopy.

باستخدام التحليل الطيفي الإلكتروني النووي.

In time, this may lead to exciting consumer applications.

مع مرور الوقت، قد يؤدي ذلك إلى تطبيقات مثيرة للمستهلكين.

Envision a device akin to an electronic nose

تخيل جهازًا يشبه الأنف الإلكتروني

in your phone or smart watch.

في هاتفك أو ساعتك الذكية.

Wouldn't it be awesome if your phone could warn you

ألن يكون رائعًا أن يحذرك هاتفك

that you step into a room with dangerous viruses?

من دخولك إلى غرفة بها فيروسات خطيرة؟

Or if your smart watch could detect free radicals in your bloodstream

أو إذا تمكنت ساعتك الذكية من اكتشاف الجذور الحرة في مجرى الدم

and tell you it's time to drink your acai juice,

وإخبارك بأن الوقت قد حان لشرب عصير أكاي،

or warn you of allergens in food

أو تحذيرك من مسببات الحساسية في الطعام

or many other truly helpful use cases.

أو العديد من حالات الاستخدام الأخرى المفيدة حقًا.

To unlock more applications,

لفتح المزيد من التطبيقات،

you will need to build a large error-corrected quantum computer.

ستحتاج إلى إنشاء كمبيوتر كمي كبير مصحح للأخطاء.

Here you see our road map.

هنا ترى خارطة الطريق الخاصة بنا.

How to build a computer with a million physical qubits.

كيفية بناء جهاز كمبيوتر بمليون كيوبت مادي.

It consists of six milestones.

وتتكون من ستة مراحل.

and we achieved already the first two.

وقد حققنا بالفعل الأولين.

Prior to 2019,

قبل عام 2019،

nobody had shown a beyond classical computation on a quantum computer.

لم يُظهر أحد شيئًا يتجاوز الحوسبة الكلاسيكية على الكمبيوتر الكمي.

We were the first to demonstrate it.

كنا أول من أثبت ذلك.

Our chip could perform a computation

يمكن أن تقوم شريحتنا بإجراء عملية حسابية

that the then-fastest supercomputer would have needed 10,000 years to do.

كان الكمبيوتر العملاق الأسرع في ذلك الوقت بحاجة إلى 10000 عام للقيام بها.

But recently, we repeated this experiment.

لكن في الآونة الأخيرة، كررنا هذه التجربة.

And now, Frontier, today's top supercomputer,

والآن،

سيحتاج Frontier، أفضل كمبيوتر عملاق اليوم، إلى مليار سنة لإجراء هذا الحساب.

would need one billion years to perform this computation.

This dramatic growth in compute power corroborates Neven's Law,

هذا النمو الهائل في قوة الحوسبة يدعم قانون نيفين،

which says that the power of quantum computers will grow

الذي ينص على أن قوة أجهزة الكمبيوتر الكمومية ستنمو

at a double exponential rate.

بمعدل مزدوج تراكمي.

In 2023, we achieved the second milestone.

في عام 2023، حققنا الإنجاز الثاني.

We demonstrated again for the first time

لقد أظهرنا مرة أخرى لأول مرة

that quantum error correction is a scalable technology.

أن تصحيح الخطأ الكمي هو تقنية قابلة للتطوير.

Error correction sounds boring, but it's crucial.

يبدو تصحيح الأخطاء مملًا، لكنه أمر بالغ الأهمية.

Today, our two-qubit operations have an error rate of 1 in 1,000.

اليوم، يبلغ معدل الخطأ في عملياتنا ثنائية الكيوبت 1 من كل 1000.

That means that in every 1,000 steps or so,

وهذا يعني أنه في كل 1000 خطوة أو نحو ذلك،

the quantum computer will crash.

سيتعطل الكمبيوتر الكمي.

To improve this,

لتحسين ذلك،

we combine many physical qubits to a logical qubit

نقوم بدمج العديد من الكيوبتات المادية في كيوبت منطقي

to reduce the error rate to 1 in a billion or even less.

لتقليل معدل الخطأ إلى 1 في المليار أو حتى أقل.

We are about halfway through our road map,

لقد وصلنا إلى منتصف خارطة الطريق،

and we are optimistic that we will complete it

ونحن متفائلون بأننا سنكملها

before the end of this decade.

قبل نهاية هذا العقد.

We have done analytical and numerical studies

لقد أجرينا دراسات تحليلية ورقمية

to predict which algorithms will be impactful

للتنبؤ بالخوارزميات التي ستكون مؤثرة

on such a large quantum computer.

على مثل هذا الكمبيوتر الكمي الكبير.

A class of applications we like and we call Feynman's killer app,

فئة التطبيقات التي نحبها ونطلق عليها اسم تطبيق Feynman's killer،

is the simulation of systems where quantum effects are important.

هي محاكاة الأنظمة التي تكون فيها التأثيرات الكمومية مهمة.

This is relevant for designing more effective,

هذا مهم لتصميم أدوية أكثر فعالية

more targeted medicines.

وأكثر استهدافًا.

Specifically, we have worked with a pharmaceutical company

على وجه التحديد، عملنا مع شركة أدوية

on algorithms to describe cytochrome P450.

على خوارزميات لوصف السيتوكروم P450.

This group of enzymes metabolizes about 75 percent of the drugs we take.

تستقلب هذه المجموعة من الإنزيمات حوالي 75 بالمائة من الأدوية التي نتناولها.

Or the design of lighter, faster-charging batteries

أو تصميم بطاريات أخف وأسرع شحنًا

that can hold a larger charge for electric cars

يمكنها تحمل شحنة أكبر للسيارات الكهربائية

or even electric airplanes.

أو حتى الطائرات الكهربائية.

Or to hasten the design of fusion reactors to help with climate change,

أو للإسراع في تصميم مفاعلات الاندماج للمساعدة في تغير المناخ،

arguably humanity's most urgent challenge.

الذي يمكن القول إنه التحدي الأكثر إلحاحًا للبشرية.

A recent result is a novel algorithm

النتيجة الأخيرة هي خوارزمية جديدة

that delivers significant speed up for optimization.

توفر سرعة كبيرة للتحسين.

This is a big deal

هذه مشكلة كبيرة

because optimization problems are ubiquitous

لأن مشاكل التحسين موجودة

in engineering, finance or machine learning.

في كل مكان في الهندسة أو التمويل أو التعلم الآلي.

A way to think about this result is in the future,

هناك طريقة للتفكير في هذه النتيجة في المستقبل،

when an AI will play chess or Go against the quantum AI,

عندما يلعب الذكاء الاصطناعي الشطرنج أو يتعارض مع الذكاء الاصطناعي الكمي،

the quantum AI will win.

سيفوز الذكاء الاصطناعي الكمي.

This result shows that quantum computers

تظهر هذه النتيجة أن أجهزة الكمبيوتر الكمومية

will become a must-have capability

ستصبح قدرة لا غنى عنها

to serve foundational computational tasks.

لخدمة المهام الحسابية التأسيسية.

I'm also very interested in the intersection of physics

أنا أيضًا مهتم جدًا بتقاطع الفيزياء

and neurobiology.

وعلم الأعصاب.

Quantum information science

قد يمكّننا علم المعلومات الكمومية من الإجابة على أحد أعمق أسئلة البشرية:

may enable us to answer one of humanity's deepest questions:

What creates conscious experience?

ما الذي يخلق تجربة واعية؟

An attractive conjecture is that consciousness

التخمين الجذاب هو أن الوعي

is how we experience the emergence

هو الطريقة التي نختبر بها ظهور عالم كلاسيكي واحد

of a single classical world

من بين العديد

out of the many the multiverse is composed of.

من الأكوان المتعددة التي تتكون منها الأكوان المتعددة.

With academic collaborators,

مع متعاونين أكاديميين،

I have started a program to experimentally test this conjecture

بدأت برنامجًا لاختبار هذا التخمين تجريبيًا

using methods of quantum neurobiology.

باستخدام طرق البيولوجيا العصبية الكمية.

If our conjecture is correct,

إذا كان تخميننا صحيحًا،

this would allow us to expand human consciousness in space,

فسيسمح لنا ذلك بتوسيع الوعي البشري في المكان

time and complexity.

والزمان والتعقيد.

In conclusion,

في الختام،

we are making steady progress

نحن نحرز تقدمًا مطردًا

towards building the world's first useful quantum computer

نحو بناء أول كمبيوتر كمي مفيد في العالم

and applying its enormous power to important challenges.

وتطبيق قوته الهائلة على التحديات المهمة.

A quantum computer will be a gift to future generations,

سيكون الكمبيوتر الكمي هدية للأجيال القادمة،

giving them a new tool to solve problems that today are unsolvable.

منحهم أداة جديدة لحل المشكلات التي لا يمكن حلها اليوم.

Thank you.

شكرًا لكم.

(Applause)

(تصفيق)