A beginner's guide to quantum computing | Shohini Ghose

Lektorat: Sonja Maria Neef

Let's play a game.

Lassen Sie uns ein Spiel spielen.

Imagine that you are in Las Vegas,

Nehmen wir an, Sie sind in Las Vegas,

in a casino,

in einem Casino.

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

Und Sie spielen ein Spiel an einem der Computer im Casino,

just like you might play solitaire or chess.

so wie Sie Solitaire oder Schach spielen würden.

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

Der Computer kann Spielzüge machen, so als wäre er ein Mensch.

This is a coin game.

Nehmen wir ein Spiel mit einer Münze.

It starts with a coin showing heads,

Es beginnt mit einer Münze, die Kopf zeigt.

and the computer will play first.

Der Computer ist zuerst an der Reihe.

It can choose to flip the coin or not,

Er kann die Münze entweder werfen oder nicht.

but you don't get to see the outcome.

Sie sehen aber nicht, wie er sich entscheidet.

Next, it's your turn.

Jetzt sind Sie dran.

You can also choose to flip the coin or not,

Auch Sie können die Münze werfen oder nicht.

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

Und der Computer sieht nicht, wie Sie sich entscheiden.

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

Zuletzt spielt der Computer nochmal und kann wieder werfen oder nicht.

and after these three rounds,

Nach diesen drei Runden

the coin is revealed,

wird die Münze aufgedeckt

and if it is heads, the computer wins,

und bei Kopf gewinnt der Computer,

if it's tails, you win.

bei Zahl gewinnen Sie.

So it's a pretty simple game,

Das ist ein ziemlich simples Spiel.

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

Wenn jeder ehrlich spielt und die Münze echt ist,

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

dann haben Sie eine 50%ige Gewinnchance in diesem Spiel.

And to confirm that,

Um das zu bestätigen,

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

ließ ich meine Studenten dieses Spiel auf unseren Computern spielen.

and after many, many tries,

Nach vielen, vielen Durchläufen

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

lagen ihre Gewinnchancen bei rund 50%

as expected.

wie erwartet.

Sounds like a boring game, right?

Ein langweiliges Spiel, nicht wahr?

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

Aber was, wenn Sie dieses Spiel auf einem Quantencomputer spielen könnten?

Now, Las Vegas casinos do not have quantum computers,

Casinos in Las Vegas besitzen keine Quantencomputer,

as far as I know,

soweit ich weiß.

but IBM has built a working quantum computer.

Aber IBM hat einen funktionierenden Quantencomputer gebaut.

Here it is.

Das ist er.

But what is a quantum computer?

Aber was ist ein Quantencomputer?

Well, quantum physics describes

Die Quantenphysik beschreibt,

the behavior of atoms and fundamental particles,

wie sich Atome und Elementarteilchen wie Elektronen

like electrons and photons.

und Photonen verhalten.

So a quantum computer operates

Ein Quantencomputer funktioniert,

by controlling the behavior of these particles,

indem er das Verhalten dieser Teilchen kontrolliert,

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

aber völlig anders als es unsere herkömmlichen Computer tun.

So a quantum computer is not just a more powerful version

Ein Quantencomputer ist nicht einfach eine leistungsstärkere Version

of our current computers,

unserer gegenwärtigen Computer,

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

so wie eine Glühbirne nicht einfach eine leistungsstärkere Kerze ist.

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

Man kann keine Glühbirne herstellen, indem man eine Kerze immer besser macht.

A light bulb is a different technology,

Eine Glühbirne ist eine andere Technologie,

based on deeper scientific understanding.

basierend auf tieferem wissenschaftlichen Verständnis.

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

Genauso ist ein Quantencomputer ein neuartiges Gerät,

based on the science of quantum physics,

auf Grundlage der Quantenphysik.

and just like a light bulb transformed society,

Und genauso wie die Glühbirne unsere Gesellschaft verwandelte,

quantum computers have the potential to impact

könnten auch Quantencomputer Auswirkungen

so many aspects of our lives,

auf so viele unserer Lebensaspekte haben,

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

darunter unsere Sicherheitsbedürfnisse, das Gesundheitswesen, sogar das Internet.

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

Unternehmen auf der ganzen Welt arbeiten gerade an solchen Geräten.

and to see what the excitement is all about,

Um zu verstehen, worum sich die ganze Aufregung dreht,

let's play our game on a quantum computer.

spielen wir unser Spiel auf einem Quantencomputer.

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

Ich kann mich von hier auf IBMs Quantencomputer anmelden,

which means I can play the game remotely,

ich kann das Spiel also aus der Ferne spielen.

and so can you.

Und Sie können das auch.

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

Sie erinnern sich vielleicht an diese E-Mail von TED,

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

in der Sie gefragt wurden, ob Sie die Münze werfen wollen oder nicht,

if you played the game.

in diesem Spiel.

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

Ehrlicherweise ließen wir Sie zwischen einem Kreis und einem Quadrat wählen.

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

Sie wussten es nicht, aber der Kreis bedeutete "Münze werfen"

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

und das Quadrat bedeutete "Münze nicht werfen".

We received 372 responses.

Wir erhielten 372 Antworten.

Thank you.

Dankeschön!

That means we can play 372 games against the quantum computer

Das heißt, wir können 372 Runden gegen den Computer spielen.

using your choices.

Mit Ihren Spielzügen.

And it's a pretty fast game to play,

Es ist ein ziemlich schnelles Spiel,

so I can show you the results right here.

ich kann Ihnen gleich hier die Ergebnisse zeigen.

Unfortunately, you didn't do very well.

Sie haben leider nicht so gut abgeschnitten.

(Laughter)

(Lachen)

The quantum computer won almost every game.

Der Quantencomputer gewann fast jedes Spiel.

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

Ein paar mal verlor er, aufgrund von Bedienfehlern im Computer.

(Laughter)

(Lachen)

So how did it achieve this amazing winning streak?

Wie kam es zu dieser verblüffenden Gewinnsträhne?

It seems like magic or cheating,

Es wirkt wie Magie oder Schummelei ...

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

Aber im Grunde ist es einfach Quantenphysik in Aktion.

Here's how it works.

So funktioniert das:

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

Ein normaler Computer kodiert Kopf oder Zahl als ein Bit,

a zero or a one,

eine Null oder eine Eins,

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

oder ein Stromfluss, der auf dem Computerchip an- und ausgeknipst wird.

A quantum computer is completely different.

Ein Quantencomputer funktioniert völlig anders.

A quantum bit has a more fluid, nonbinary identity.

Ein Quanten-Bit ist fluider und nicht binär.

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

Es kann sich in Superposition befinden, in einer Kombination aus Null und Eins,

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

mit gewissen Wahrscheinlichkeiten für Null und für Eins.

In other words, its identity is on a spectrum.

Der Wert des Bits liegt sozusagen auf einem Spektrum.

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

Zum Beispiel könnte es mit 70%iger Chance eine Null sein

and a 30 percent chance of being one

und mit 30%iger Wahrscheinlichkeit eine Eins.

or 80-20 or 60-40.

Oder 80-20 oder 60-40.

The possibilities are endless.

Es gibt unendliche Möglichkeiten.

The key idea here

Die grundlegende Idee ist,

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

dass es nicht länger um eindeutige Werte für Null und Eins geht,

and allow for some uncertainty.

dafür aber eine gewisse Unsicherheit.

So during the game,

Was passiert in unserem Spiel?

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

Der Quantencomputer erstellt diese fluide Kopf-Zahl-Kombination,

zero and one,

Null und Eins,

so that no matter what the player does,

und egal, was der Spieler macht,

flip or no flip,

werfen oder nicht,

the superposition remains intact.

die Superposition bleibt unverändert.

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

Es ist, als würde man einen Mix aus zwei Flüssigkeiten umrühren.

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

Ob man umrührt oder nicht, die Flüssig- keiten sind und bleiben eine Mischung.

but in its final move,

Aber im letzten Spielzug

the quantum computer can unmix the zero and one,

kann der Quantencomputer die Null und Eins entmischen,

perfectly recovering heads so that you lose every time.

und perfekt den Kopf wiederherstellen, sodass Sie jedes Mal verlieren.

(Laughter)

(Lachen)

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

Wenn Sie das alles etwas seltsam finden, haben Sie absolut recht.

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

Echte Münzen gibt es nicht in Kombination aus Kopf und Zahl.

We do not experience this fluid quantum reality

Wir erleben diese fluide Quantenrealität nirgends

in our everyday lives.

in unserem Alltag.

So if you are confused by quantum,

Wenn diese Quanten Sie verwirren,

don't worry, you're getting it.

kein Grund zur Sorge.

(Laughter)

(Lachen)

But even though we don't experience quantum strangeness,

Aber obwohl wir diese verwirrende Quantenrealität nicht erleben,

we can see its very real effects in action.

können wir sehr reale Effekte im echten Leben beobachten.

You've seen the data for yourself.

Sie haben die Daten selbst gesehen.

The quantum computer won

Der Quantencomputer gewann,

because it harnessed superposition and uncertainty,

weil er Superposition und Unsicherheiten zu nutzen weiß.

and these quantum properties are powerful,

Diese Quanteneigenschaften sind mächtig.

not just to win coin games,

Nicht nur, um Münzspiele zu gewinnen,

but also to build future quantum technologies.

sondern auch, um Quantentechnologien für die Zukunft zu erschaffen.

So let me give you three examples of potential applications

Hier sind drei Beispiele für mögliche Anwendungsfelder,

that could change our lives.

die unser Leben verändern könnten.

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

Erstens könnte man mithilfe von Quantenunsicherheit

Geheimschlüssel erstellen,

for encrypting messages sent from one location to another

um Nachrichten zu verschlüsseln, die von A nach B verschickt werden,

so that hackers could not secretly copy the key perfectly,

sodass Hacker den Code nicht heimlich kopieren können,

because of quantum uncertainty.

aufgrund der Quantenunsicherheit.

They would have to break the laws of quantum physics

Sie müssten die Gesetze der Quantenphysik umgehen,

to hack the key.

um den Code zu hacken.

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

Diese Art der Verschlüsselung wird tatsächlich schon heute getestet,

von Banken und anderen Institutionen auf der ganzen Welt.

and other institutions worldwide.

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

Wir nutzen heute mehr als 17 Mrd. verbundene Geräte auf der ganzen Welt.

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

Stellen Sie sich die möglichen Auswirkungen vor,

die Quantenverschlüsselung in der Zukunft haben könnte.

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

Zweitens könnten Quantentechnologien

das Gesundheitswesen und die Medizin transformieren.

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

In der Medikamentenentwicklung sind Moleküldesign und -analyse

is a challenging problem today,

heute eine ernste Herausforderung.

and that's because exactly describing and calculating

Das liegt daran, dass die exakte Beschreibung und Berechnung

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

aller Quanteneigenschaften von allen Atomen in einem Molekül

is a computationally difficult task, even for our supercomputers.

eine rechnerisch schwierige Aufgabe ist,

selbst für unsere Supercomputer.

But a quantum computer could do better,

Ein Quantencomputer könnte das besser,

because it operates using the same quantum properties

weil seine Funktion auf denselben Quanteneigenschaften beruht,

as the molecule it's trying to simulate.

wie die Moleküle, deren Verhalten er simulieren soll.

So future large-scale quantum simulations for drug development

Große Quantensimulationen in der Medikamentenentwicklung

können zukünftig vielleicht die Behandlung von Krankheiten

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

wie Alzheimer ermöglichen,

which affects thousands of lives.

was so viele Menschen betrifft.

And thirdly, my favorite quantum application

Drittens: Meine Lieblingsanwendung der Quantentechnologie

is teleportation of information from one location to another

ist Teleportation von Informationen von einem Ort an einen anderen,

without physically transmitting the information.

ohne dass die Information physisch übertragen wird.

Sounds like sci-fi, but it is possible,

Klingt wie Sci-Fi, aber es ist möglich,

because these fluid identities of the quantum particles

weil diese fließende Identität der Quantenteilchen

can get entangled across space and time

über Raum und Zeit hinweg verwoben werden kann,

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

sodass eine bestimmte Veränderung an einem Teilchen

it can impact the other,

auch ein anderes beeinflusst,

and that creates a channel for teleportation.

und das erschafft einen Kanal für Teleportation.

It's already been demonstrated in research labs

Es wurde in Forschungslaboren bereits nachgewiesen,

and could be part of a future quantum internet.

und es könnte der Grundstein eines zukünftigen Quanteninternets sein.

We don't have such a network as yet,

Es gibt noch kein solches Netzwerk,

but my team is working on these possibilities,

aber mein Team arbeitet an diesen Möglichkeiten,

by simulating a quantum network on a quantum computer.

indem wir ein Quantennetzwerk an einem Quantencomputer simulieren.

So we have designed and implemented some interesting new protocols

Wir haben spannende neue Protokolle entworfen und umgesetzt,

such as teleportation among different users in the network

wie zum Beispiel Teleportation zwischen Nutzern im Netzwerk,

and efficient data transmission

effiziente Datenübertragung,

and even secure voting.

sogar sichere Wahlen.

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

Es macht mir viel Freude, Quantenphysikerin zu sein.

I highly recommend it.

Ich kann es nur empfehlen.

(Laughter)

(Lachen)

We get to be explorers in a quantum wonderland.

Wir sind Forschungsreisende in einem Quantenwunderland.

Who knows what applications we will discover next.

Wer weiß, was wir als Nächstes entdecken werden.

We must tread carefully and responsibly

Wir müssen diesen Weg sorgsam und verantwortungsvoll beschreiten,

as we build our quantum future.

die Reise in unsere Quantenzukunft.

And for me, personally,

Für mich persönlich

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

ist die Quantenphysik nicht nur ein Werkzeug,

um Quantencomputer zu bauen.

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

Quantencomputer bieten das Potential, die Geheimnisse der Natur zu erforschen

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

und mehr über diese versteckte Welt jenseits unseres Erlebens zu erfahren.

How amazing that we humans,

Ist es nicht erstaunlich, dass wir Menschen

with our relatively limited access to the universe,

mit unserem relativ limitierten Zugang zum Universum

can still see far beyond our horizons

trotzdem so weit über unseren Horizont hinausblicken können,

just using our imagination and our ingenuity.

mit unserer Vorstellungskraft und unserem Erfindergeist.

And the universe rewards us

Und das Universum belohnt uns,

by showing us how incredibly interesting and surprising it is.

es zeigt uns, wie unfassbar spannend und voller Überraschungen es ist.

The future is fundamentally uncertain,

Die Zukunft ist grundsätzlich ungewiss

and to me, that is certainly exciting.

und für mich ist das unglaublich aufregend.

Thank you.

Dankeschön.

(Applause)

(Applaus)