A beginner's guide to quantum computing | Shohini Ghose

Translator: Kitchka Dyankova Reviewer: Anton Hikov

Let's play a game.

Да поиграем една игра.

Imagine that you are in Las Vegas,

Представете си, че сте в Лас Вегас,

in a casino,

в едно казино

and you decide to play a game on one of the casino's computers,

и решавате да играете игра на един от компютрите в казиното -

just like you might play solitaire or chess.

точно както бихте играли солитер или шах.

The computer can make moves in the game, just like a human player.

Компютърът може да прави ходове в играта, точно като човек-играч.

This is a coin game.

Това е игра с монети.

It starts with a coin showing heads,

Започва със страна ези

and the computer will play first.

и компютърът играе пръв.

It can choose to flip the coin or not,

Той може да обърне монетата или не,

but you don't get to see the outcome.

но вие не виждате резултата.

Next, it's your turn.

После е ваш ред.

You can also choose to flip the coin or not,

Вие също можете да избирате дали да обърнете монетата

and your move will not be revealed to your opponent, the computer.

и ходът ви няма да бъде разкрит на противника ви - компютъра.

Finally, the computer plays again, and can flip the coin or not,

Накрая отново играе компютърът и обръща или не монетата

and after these three rounds,

и след тези три рунда

the coin is revealed,

показваме монетата -

and if it is heads, the computer wins,

ако е ези, компютърът печели,

if it's tails, you win.

ако е тура, печелите вие.

So it's a pretty simple game,

Това е много проста игра

and if everybody plays honestly, and the coin is fair,

и ако всички играят честно и с нормална монета,

then you have a 50 percent chance of winning this game.

има 50 процента вероятност да спечелите играта.

And to confirm that,

За да потвърдя това,

I asked my students to play this game on our computers,

помолих студентите си да играят на нашите компютри

and after many, many tries,

и след много, много опити

their winning rate ended up being 50 percent, or close to 50 percent,

завършиха с дял на победите 50 процента или близо до 50,

as expected.

както се очакваше.

Sounds like a boring game, right?

Изглежда скучна игра, нали?

But what if you could play this game on a quantum computer?

Ами ако можехте да я играете на квантов компютър?

Now, Las Vegas casinos do not have quantum computers,

Казината в Лас Вегас нямат квантови компютри,

as far as I know,

доколкото знам,

but IBM has built a working quantum computer.

но IBM създадоха работещ квантов компютър.

Here it is.

Ето го.

But what is a quantum computer?

Но какво е квантов компютър?

Well, quantum physics describes

Квантовата физика описва

the behavior of atoms and fundamental particles,

поведението на атомите и фундаменталните частици

like electrons and photons.

като електроните и фотоните.

So a quantum computer operates

А квантовият компютър функционира

by controlling the behavior of these particles,

като контролира поведението на тези частици,

but in a way that is completely different from our regular computers.

но по начин, който е съвсем различен от този при обикновените компютри.

So a quantum computer is not just a more powerful version

Т.е. квантовият компютър не е просто по-мощна версия

of our current computers,

на настоящите ни компютри,

just like a light bulb is not a more powerful candle.

точно както електрическата крушка не е по-силна свещ.

You cannot build a light bulb by building better and better candles.

Не можете да създадете крушка като правите все по-добри свещи.

A light bulb is a different technology,

Електрическата крушка е различна технология,

based on deeper scientific understanding.

базирана на по-дълбоко научно разбиране.

Similarly, a quantum computer is a new kind of device,

По същия начин квантовият компютър е новo изобретение,

based on the science of quantum physics,

базирано на науката квантова физика

and just like a light bulb transformed society,

и точно както електрическата крушка промени обществото,

quantum computers have the potential to impact

квантовите компютри имат потенциала да повлияят

so many aspects of our lives,

на толкова много аспекти от живота ни,

including our security needs, our health care and even the internet.

включително сигурността, здравеопазването ни и дори интернет.

So companies all around the world are working to build these devices,

Компании по целия свят работят, за да създадат тези устройства

and to see what the excitement is all about,

и за да разберем за какво е цялото вълнение,

let's play our game on a quantum computer.

нека поиграем нашата игра на квантов компютър.

So I can log into IBM's quantum computer from right here,

Мога да се свържа с квантовия компютър на IBM директно оттук,

which means I can play the game remotely,

което означава, че мога да играя от разстояние,

and so can you.

същото можете и вие.

To make this happen, you may remember getting an email ahead of time, from TED,

За да се получи, може би помните, че предварително получихте имейл от TED,

asking you whether you would choose to flip the coin or not,

с въпрос дали бихте избрали да обърнете монетата или не,

if you played the game.

ако играехте играта.

Well, actually, we asked you to choose between a circle or a square.

Е, всъщност ви помолихме да изберете между кръг и квадрат.

You didn't know it, but your choice of circle meant "flip the coin,"

Вие не знаехте, но изборът на кръг означаваше "обръщам монетата",

and your choice of square was "don't flip."

а изборът на квадрат - "не обръщам".

We received 372 responses.

Получихме 372 отговора.

Thank you.

Благодаря ви.

That means we can play 372 games against the quantum computer

Това означава, че можем да изиграем 372 игри срещу квантовия компютър,

using your choices.

използвайки вашите избори.

And it's a pretty fast game to play,

Играта е доста бърза,

so I can show you the results right here.

затова мога да ви покажа резултатите веднага.

Unfortunately, you didn't do very well.

За съжаление, не се справихте много добре.

(Laughter)

(Смях)

The quantum computer won almost every game.

Квантовият компютър спечели почти всички игри.

It lost a few only because of operational errors in the computer.

Той загуби няколко само заради операционни грешки.

(Laughter)

(Смях)

So how did it achieve this amazing winning streak?

И така, как постигна той тази удивителна серия победи?

It seems like magic or cheating,

Прилича на магия или измама,

but actually, it's just quantum physics in action.

но всъщност е просто квантова физика в действие.

Here's how it works.

Ето как работи.

A regular computer simulates heads or tails of a coin as a bit,

Обикновеният компютър представя ези или тура на монетата като бит,

a zero or a one,

нула или едно,

or a current flipping on and off inside your computer chip.

или импулс, който се включва и изключва в компютърния чип.

A quantum computer is completely different.

Квантовият компютър е съвсем различен.

A quantum bit has a more fluid, nonbinary identity.

Квантовият бит има по-променлива недвоична идентичност.

It can exist in a superposition, or a combination of zero and one,

Той може да съществува в суперпозиция или комбинация от нула и едно,

with some probability of being zero and some probability of being one.

с някаква вероятност да е нула и някаква вероятност да е едно.

In other words, its identity is on a spectrum.

С други думи - идентичността му е в един спектър.

For example, it could have a 70 percent chance of being zero

Например, може да има 70 процента вероятност да е нула

and a 30 percent chance of being one

и 30 процента да е едно,

or 80-20 or 60-40.

или 80 на 20, или 60 на 40.

The possibilities are endless.

Възможностите са безкрайни.

The key idea here

Ключовата идея тук е,

is that we have to give up on precise values of zero and one

че трябва да се откажем от точните стойности нула и едно

and allow for some uncertainty.

и да позволим известна неопределеност.

So during the game,

По време на играта

the quantum computer creates this fluid combination of heads and tails,

квантовият компютър създава променлива комбинация от ези и тура,

zero and one,

нула и едно,

so that no matter what the player does,

така че независимо какво прави играчът,

flip or no flip,

обръща или не,

the superposition remains intact.

суперпозицията остава незасегната.

It's kind of like stirring a mixture of two fluids.

Подобно е на разбъркването на смес от две течности.

Whether or not you stir, the fluids remain in a mixture,

Дали бъркаме или не, течностите остават сместа,

but in its final move,

но в последния си ход

the quantum computer can unmix the zero and one,

квантовият компютър може да раздели нулите и единиците,

perfectly recovering heads so that you lose every time.

перфектно откривайки ези, така че да губите всеки път.

(Laughter)

(Смях)

If you think this is all a bit weird, you are absolutely right.

Ако всичко това ви се струва малко странно, абсолютно прави сте.

Regular coins do not exist in combinations of heads and tails.

Обикновените монети не съществуват в комбинации от ези и тура.

We do not experience this fluid quantum reality

Ние не преживяваме тази променлива квантова реалност

in our everyday lives.

във всекидневието си.

So if you are confused by quantum,

Затова, ако квантовата физика ви обърква,

don't worry, you're getting it.

не се тревожете, схващате я.

(Laughter)

(Смях)

But even though we don't experience quantum strangeness,

Но въпреки, че не преживяваме квантови странности,

we can see its very real effects in action.

можем да видим реалния им ефект в действие.

You've seen the data for yourself.

Сами видяхте данните.

The quantum computer won

Квантовият компютър победи,

because it harnessed superposition and uncertainty,

защото използва суперпозиция и неопределеност,

and these quantum properties are powerful,

а тези квантови свойства са могъщи,

not just to win coin games,

не само за победа в игри с монети,

but also to build future quantum technologies.

но и за създаването на бъдещите квантови технологии.

So let me give you three examples of potential applications

Ще ви дам три примера за потенциалното им приложение,

that could change our lives.

които могат да променят живота ни.

First of all, quantum uncertainty could be used to create private keys

Първо, квантовата неопределеност може да се използва за лични ключове

for encrypting messages sent from one location to another

за криптиране на съобщения, изпращани от едно място до друго,

so that hackers could not secretly copy the key perfectly,

така че хакерите да не могат тайно да копират точно ключа

because of quantum uncertainty.

заради квантовата неопределеност.

They would have to break the laws of quantum physics

Те ще трябва да нарушат законите на квантовата физика,

to hack the key.

за да разбият ключа.

So this kind of unbreakable encryption is already being tested by banks

Този вид неразбиваемо криптиране вече се тества от банки

and other institutions worldwide.

и други институции по целия свят.

Today, we use more than 17 billion connected devices globally.

Днес ние използваме повече от 17 милиарда свързани устройства глобално.

Just imagine the impact quantum encryption could have in the future.

Само си представете как квантовото криптиране би повлияло на бъдещето.

Secondly, quantum technologies could also transform health care and medicine.

Второ, квантовите технологии могат да променят и здравеопазването и медицината.

For example, the design and analysis of molecules for drug development

Например, устройството и анализа на молекулите при създаването на лекарства

is a challenging problem today,

е предизвикателен проблем днес

and that's because exactly describing and calculating

и това е защото точното описание и изчисление

all of the quantum properties of all the atoms in the molecule

на всички квантови свойства на всички атоми в молекулата

is a computationally difficult task, even for our supercomputers.

е трудна задача за изчисление, дори за суперкомпютрите ни.

But a quantum computer could do better,

Но квантовият компютър ще се справи по-добре,

because it operates using the same quantum properties

защото функционира, използвайки същите квантови свойства,

as the molecule it's trying to simulate.

както и молекулата, която се опитва да симулира.

So future large-scale quantum simulations for drug development

Затова, бъдещите мащабни квантови симулации за създаване на лекарства

could perhaps lead to treatments for diseases like Alzheimer's,

вероятно могат да доведат до лекарства за болести като Алцхаймер,

which affects thousands of lives.

които засягат хиляди животи.

And thirdly, my favorite quantum application

И трето, любимото ми квантово приложение

is teleportation of information from one location to another

е телепортацията на информация от едно място на друго

without physically transmitting the information.

без тя да се изпраща физически.

Sounds like sci-fi, but it is possible,

Звучи като научна фантастика, но е възможно,

because these fluid identities of the quantum particles

защото променливите идентичности на квантовите частици

can get entangled across space and time

могат да се вплетат през пространството и времето

in such a way that when you change something about one particle,

така, че когато променим нещо в едната частица,

it can impact the other,

промяната да засегне и другата

and that creates a channel for teleportation.

и това създава канал за телепортация.

It's already been demonstrated in research labs

Вече беше демонстрирано в изследователски лаборатории

and could be part of a future quantum internet.

и би могло да е част от бъдещ квантов интернет.

We don't have such a network as yet,

Все още нямаме такава мрежа,

but my team is working on these possibilities,

но екипът ми работи по тези възможности

by simulating a quantum network on a quantum computer.

като симулира квантова мрежа с квантов компютър.

So we have designed and implemented some interesting new protocols

Създадохме и въведохме някои интересни нови протоколи,

such as teleportation among different users in the network

като телепортация между различни потребители в мрежата,

and efficient data transmission

успешно предаване на информация

and even secure voting.

и дори тайно гласуване.

So it's a lot of fun for me, being a quantum physicist.

За мен е страхотно забавление да бъда квантов физик.

I highly recommend it.

Силно го препоръчвам.

(Laughter)

(Смях)

We get to be explorers in a quantum wonderland.

Ние сме изследователи в квантовия свят на чудесата.

Who knows what applications we will discover next.

Кой знае какви приложения предстои да открием.

We must tread carefully and responsibly

Трябва да стъпваме внимателно и отговорно,

as we build our quantum future.

докато строим квантовото си бъдеще.

And for me, personally,

А лично аз не смятам

I don't see quantum physics as a tool just to build quantum computers.

квантовата физика просто за инструмент за създаване на квантови компютри.

I see quantum computers as a way for us to probe the mysteries of nature

За мен квантовите компютри са начин да изследваме тайните на природата

and reveal more about this hidden world outside of our experiences.

и да разкрием повече за скрития свят извън преживяванията ни.

How amazing that we humans,

Удивително е, че ние, хората,

with our relatively limited access to the universe,

със сравнително ограничения си достъп до вселената,

can still see far beyond our horizons

все пак можем да виждаме далеч отвъд хоризонтите си,

just using our imagination and our ingenuity.

използвайки въображението и изобретателността си.

And the universe rewards us

А вселената ни възнаграждава

by showing us how incredibly interesting and surprising it is.

като ни показва колко невероятно интересна е и колко изненадваща.

The future is fundamentally uncertain,

Бъдещето по принцип е неопределено,

and to me, that is certainly exciting.

а за мен това определено е вълнуващо.

Thank you.

Благодаря ви.

(Applause)

(Аплодисменти)