A beginner's guide to quantum computing | Shohini Ghose

Translator: sadegh zabihi Reviewer: Mary Jane

Let's play a game.

بیایید یک بازی بکنیم.

Imagine that you are in Las Vegas,

تصور کنید در لاس‌وگاس هستید،

in a casino,

در یک کازینو،

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

و تصمیم می‌گیرید با یکی از کامپیوترهای کازینو بازی کنید،

just like you might play solitaire or chess.

مثلا ورق یا شطرنج بازی می‌کنید.

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

کامپیوتر می‌تواند مثل یک انسان در بازی حرکت انجام دهد.

This is a coin game.

این یک بازی سکه‌ای است.

It starts with a coin showing heads,

با یک سکه شروع می‌شود که روی آن شیر است،

and the computer will play first.

و اول کامپیوتر بازی می‌کند.

It can choose to flip the coin or not,

می‌تواند انتخاب کند سکه را بیندازد یا نه،

but you don't get to see the outcome.

اما شما نمی‌توانید نتیجه را ببینید.

Next, it's your turn.

بعد، نوبت شماست.

You can also choose to flip the coin or not,

شما هم می‌توانید انتخاب کنید سکه را بیندازید یا نه،

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

و حرکت شما هم به حریف، یعنی به کامپیوتر نشان داده نخواهد شد.

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

در آخر، کامپیوتر دوباره بازی می‌کند، و می‌تواند سکه را بیندازد یا نه،

and after these three rounds,

و بعد از این سه دور،

the coin is revealed,

سکه نشان داده می‌شود،

and if it is heads, the computer wins,

و اگر شیر باشد کامپیوتر می‌برد،

if it's tails, you win.

اگر خط باشد شما.

So it's a pretty simple game,

پس بازی ساده‌ای است،

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

و اگر همه صادقانه بازی کنند، و سکه هم سالم باشد،

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

آن موقع ۵۰ درصد احتمال دارد بازی را ببرید.

And to confirm that,

و برای تایید آن،

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

از دانشجوهایم خواستم تا این بازی را با کامپیوترهایمان انجام دهند،

and after many, many tries,

و بعد از تلاش‌های بسیار، بسیار زیاد،

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

نرخ برنده شدن آنها به ۵۰ درصد یا نزدیک به آن ختم شد،

as expected.

همان طور که انتظار داشتیم.

Sounds like a boring game, right?

بازی خسته کننده‌ای به نظر می‌رسد، نه؟

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

اما اگر می‌توانستید این بازی را با یک کامپیوتر کوانتومی انجام دهید چطور؟

Now, Las Vegas casinos do not have quantum computers,

حالا، کازینوهای لاس‌وگاس کامپیوتر کوانتومی ندارند،

as far as I know,

تا جایی که من می‌دانم،

but IBM has built a working quantum computer.

اما شرکت IBM یک کامپیوتر کوانتومی ساخته که کار می‌کند.

Here it is.

این است.

But what is a quantum computer?

اما کامپیوتر کوانتومی چیست؟

Well, quantum physics describes

خوب، فیزیک کوانتوم

the behavior of atoms and fundamental particles,

رفتار اتم‌ها و ذرات بنیادی را توصیف می‌کند،

like electrons and photons.

مثل الکترون‌ها و فوتون‌ها.

So a quantum computer operates

پس یک کامپیوتر کوانتومی

by controlling the behavior of these particles,

با کنترل کردن رفتار این ذرات کار می‌کند،

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

اما به صورتی که کاملاً با کامپیوترهای معمولی ما متفاوت است.

So a quantum computer is not just a more powerful version

پس یک کامپیوتر کوانتومی فقط یک نمونه قدرتمندتر

of our current computers,

از کامپیوترهای فعلی ما نیست،

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

همان طور که لامپ رشته‌ای، یک شمع قدرتمندتر نیست.

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

نمی‌توانید با بهتر و بهتر ساختن شمع لامپ رشته‌ای بسازید.

A light bulb is a different technology,

لامپ رشته‌ای یک فناوری متفاوت است،

based on deeper scientific understanding.

که بر اساس درک عمیق‌تر علمی ساخته شده.

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

به همین صورت، یک کامپیوتر کوانتومی یک گونه جدید از ابزار است،

based on the science of quantum physics,

که اساس آن دانش فیزیک کوانتومی است،

and just like a light bulb transformed society,

و همان طور که لامپ رشته‌ای جامعه را متحول کرد،

quantum computers have the potential to impact

کامپیوترهای کوانتومی هم پتانسیل آن را دارند

so many aspects of our lives,

که بر بسیاری از جنبه‌های زندگی ما اثر بگذارند،

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

از جمله، نیازهای جامعه ما، مراقبت‌های بهداشتی ما و حتی اینترنت.

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

پس تمام شرکت‌های سراسر جهان در حال تلاش برای ساخت این دستگاه‌ها هستند،

and to see what the excitement is all about,

و برای درک اینکه این همه هیجان برای چیست،

let's play our game on a quantum computer.

بیایید بازی‌مان را روی یک کامپیوتر کوانتومی انجام دهیم.

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

خوب من می‌توانم از همین جا وارد کامپیوتر کوانتومی IBM شوم،

which means I can play the game remotely,

که یعنی دارم بازی را از راه دور انجام می‌دهم،

and so can you.

و شما هم می‌توانید.

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

برای این کار، شاید یادتان باشد کمی پیش‌تر ایمیلی از TED گرفتید،

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

که می‌پرسید سکه را می‌اندازید یا نه،

if you played the game.

اگر بازی را انجام بدهید.

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

خوب، در واقع ما از شما خواستیم که بین یک دایره و یک مربع انتخاب کنید.

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

شما نمی‌دانستید، اما انتخاب دایره یعنی «سکه را بینداز،»

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

و انتخاب مربع یعنی، «سکه را نینداز.»

We received 372 responses.

۳۷۲ پاسخ دریافت کردیم.

Thank you.

متشکرم.

That means we can play 372 games against the quantum computer

این یعنی می‌توانیم با استفاده از انتخاب‌های شما

۳۷۲ بار با کامپیوتر کوانتومی بازی کنیم.

using your choices.

And it's a pretty fast game to play,

و این بازی بسیار سریع است،

so I can show you the results right here.

پس می‌توانم نتایج را اینجا نشان‌تان دهم.

Unfortunately, you didn't do very well.

متاسفانه، خیلی خوب عمل نکردید.

(Laughter)

(خنده)

The quantum computer won almost every game.

کامپیوتر کوانتومی تقریباً تمام بازی‌ها را برد.

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

چندتایی که باخته هم به خاطر خطاهای عملیاتی کامپیوتر هستند.

(Laughter)

(خنده)

So how did it achieve this amazing winning streak?

خوب چطور به این آمار جالب برد رسید؟

It seems like magic or cheating,

انگار جادو است یا تقلب،

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

اما در واقع، عمل کردن فیزیک کوانتوم است.

Here's how it works.

این طوری کار می‌کند.

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

یک کامپیوتر معمولی شیر یا خط یک سکه را به عنوان یک بیت،

a zero or a one,

یک صفر یا یک،

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

یا یک جریان که درون قطعه کامپیوتر شما قطع و وصل می‌شود شبیه‌سازی می‌کند.

A quantum computer is completely different.

یک کامپیوتر کوانتومی کاملاً متفاوت است.

A quantum bit has a more fluid, nonbinary identity.

یک بیت کوانتومی هویتی سیال‌تر و غیر دودویی دارد.

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

می‌تواند به صورت یک برهم‌نهی یا ترکیبی از صفر و یک وجود داشته باشد،

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

با مقداری احتمال صفر شدن و مقداری احتمال یک شدن.

In other words, its identity is on a spectrum.

به بیان دیگر، هویت آن یک طیف است.

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

به طور مثال، می‌تواند ۷۰ درصد احتمال صفر شدن

and a 30 percent chance of being one

و ۳۰ درصد احتمال یک شدن داشته باشد

or 80-20 or 60-40.

یا ۸۰-۲۰ یا ۶۰-۴۰.

The possibilities are endless.

احتمالات بی‌پایان هستند.

The key idea here

ایده کلیدی اینجا

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

این است که باید از مقادیر دقیق صفر و یک بگذریم

and allow for some uncertainty.

و اجازه دهیم مقداری عدم قطعیت وجود داشته باشد.

So during the game,

پس در طول بازی،

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

کامپیوتر کوانتومی این ترکیب سیال شیرها و خط‌ها را ایجاد می‌کند،

zero and one,

صفر و یک،

so that no matter what the player does,

تا فارغ از اینکه بازیکن چه کار بکند،

flip or no flip,

سکه را بیندازد یا نه،

the superposition remains intact.

برهم‌نهی دست نخورده باقی بماند.

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

شبیه هم زدن مخلوطی از دو سیال است.

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

هم بزنید یا نه، دو سیال در مخلوط باقی می‌مانند،

but in its final move,

اما کامپیوتر کوانتومی در حرکت آخرش،

the quantum computer can unmix the zero and one,

می‌تواند صفر و یک را از هم تفکیک کند،

perfectly recovering heads so that you lose every time.

و شیرها را کاملاً بازیابی کند تا شما هر بار ببازید.

(Laughter)

(خنده)

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

اگر فکر می‌کنید همه این‌ها کمی عجیب است، کاملاً حق با شماست.

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

سکه‌های معمولی در ترکیبات شیرها و خط‌ها وجود ندارند.

We do not experience this fluid quantum reality

ما این واقعیت سیال کوانتومی را

in our everyday lives.

در زندگی روزمره‌مان تجربه نمی‌کنیم.

So if you are confused by quantum,

پس اگر با کوانتوم گیج شده‌اید،

don't worry, you're getting it.

نگران نباشید، دارید متوجه می‌شوید.

(Laughter)

(خنده)

But even though we don't experience quantum strangeness,

اما با وجود اینکه ما بیگانگی کوانتومی را تجربه نمی‌کنیم،

we can see its very real effects in action.

می‌توانیم تاثیرات بسیار واقعی آن را در عمل ببینیم.

You've seen the data for yourself.

داده‌ها را خودتان دیدید.

The quantum computer won

کامپیوتر کوانتومی برنده شد

because it harnessed superposition and uncertainty,

زیرا برهم‌نهی و عدم قطعیت را تحت کنترل داشت،

and these quantum properties are powerful,

و این ویژگی‌های کوانتومی قدرتمند،

not just to win coin games,

نه تنها بازی شیر یا خط را می‌برند،

but also to build future quantum technologies.

بلکه برای ساختن فناوری‌های کوانتومی آینده نیز به کار می‌آیند.

So let me give you three examples of potential applications

خب اجازه بدهید سه نمونه از کاربردهای بالقوه آن را به شما ارائه کنم

that could change our lives.

که ممکن است زندگی ما را متحول کنند.

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

اول از همه، عدم قطعیت کوانتومی می‌تواند برای ساخت کلیدهای محرمانه به کار برود

for encrypting messages sent from one location to another

که در ارسال پیام‌های رمزگذاری شده از جایی به جای دیگر به کار می‌روند

so that hackers could not secretly copy the key perfectly,

تا به خاطر عدم قطعیت کوانتومی هکرها دیگر نتوانند کلید را

because of quantum uncertainty.

مخفیانه به طور کامل کپی کنند.

They would have to break the laws of quantum physics

آنها باید قوانین فیزیک کوانتوم را بشکنند

to hack the key.

تا بتوانند کلید را هک کنند.

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

خب این گونه رمزهای ناشکستنی همین حالا هم توسط بانک‌ها

and other institutions worldwide.

و سایر موسسه‌ها در سطح جهانی امتحان می‌شوند.

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

امروز، ما در جهان از بیش از ۱۷ میلیارد دستگاه متصل استفاده می‌کنیم.

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

فقط تاثیری که رمزگذاری کوانتومی بر آینده دارد را تصور کنید.

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

دوم، فناوری‌های کوانتومی می‌توانند مراقبت‌های بهداشتی و پزشکی را هم متحول کنند.

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

برای مثال، طراحی و تحلیل مولکول‌ها در توسعه داروها

is a challenging problem today,

امروزه مشکلی چالش‌برانگیز است،

and that's because exactly describing and calculating

و علت این است که توصیف و محاسبه دقیق

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

تمام خصوصیات کوانتومی تمام اتم‌های مولکول

is a computationally difficult task, even for our supercomputers.

از نظر محاسباتی، حتی برای ابررایانه‌های ما هم کاری دشوار است.

But a quantum computer could do better,

اما یک کامپیوتر کوانتومی می‌تواند بهتر عمل کند،

because it operates using the same quantum properties

زیرا با استفاده از همان ویژگی‌های کوانتومی کار می‌کند

as the molecule it's trying to simulate.

که مولکولی که می‌خواهد شبیه‌سازی کند دارد.

So future large-scale quantum simulations for drug development

پس شبیه‌سازی‌های کوانتومی با ابعاد بزرگ برای توسعه داروهای آینده

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

ممکن است منجر به درمان بیماری‌هایی مانند آلزایمر شود،

which affects thousands of lives.

که هزاران نفر را تحت تاثیر قرار می‌دهد.

And thirdly, my favorite quantum application

و سوم، کاربرد کوانتومی مورد علاقه من

is teleportation of information from one location to another

دورنوردی اطلاعات از جایی به جای دیگر

without physically transmitting the information.

بدون انتقال فیزیکی اطلاعات است.

Sounds like sci-fi, but it is possible,

انگار علمی تخیلی است، اما امکان دارد،

because these fluid identities of the quantum particles

زیرا این هویت‌های سیال ذرات کوانتومی

can get entangled across space and time

می‌توانند از میان فضا و زمان طوری پیچیده شوند

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

که وقتی چیزی را درباره یک ذره عوض می‌کنید،

it can impact the other,

می‌تواند روی دیگری اثر بگذارد،

and that creates a channel for teleportation.

و این راهی برای دورنوردی فراهم می‌کند.

It's already been demonstrated in research labs

همین حالا هم در آزمایشگاه‌های تحقیقاتی نشان داده شده است

and could be part of a future quantum internet.

و می‌تواند بخشی از اینترنت کوانتومی آینده باشد.

We don't have such a network as yet,

هنوز چنین شبکه‌ای نداریم،

but my team is working on these possibilities,

اما گروه من روی این امکانات کار می‌کنند،

by simulating a quantum network on a quantum computer.

و در حال شبیه‌سازی یک شبکه کوانتومی روی یک کامپیوتر کوانتومی هستند.

So we have designed and implemented some interesting new protocols

خب ما پیش‌نویس‌های جالب و جدیدی را طراحی و پیاده‌سازی کرده‌ایم

such as teleportation among different users in the network

مثل دورنوردی میان کاربران مختلف در شبکه

and efficient data transmission

و انتقال داده با بازدهی بالا

and even secure voting.

و حتی رای‌دهی محرمانه.

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

خب برای من فیزیکدان کوانتومی بودن خیلی سرگرم کننده است.

I highly recommend it.

به شدت توصیه می‌کنم.

(Laughter)

(خنده)

We get to be explorers in a quantum wonderland.

ما می‌توانیم کاشفان سرزمین عجایب کوانتومی باشیم.

Who knows what applications we will discover next.

که می‌داند کاربرد بعدی که کشف می‌کنیم چه خواهد بود.

We must tread carefully and responsibly

باید در ساخت آینده کوانتومی‌مان

as we build our quantum future.

با دقت و مسئولانه گام برداریم.

And for me, personally,

و برای من، به شخصه،

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

من فیزیک کوانتومی را فقط ابزاری برای ساخت کامپیوترهای کوانتومی نمی‌بینم.

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

من کامپیوترهای کوانتومی را راهی می‌بینم که با آن می‌توانیم اسرار طبیعت را کاوش کنیم

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

و چیزهای بیشتری را درباره این دنیای پنهان دور از دسترس تجربه‌مان آشکار کنیم.

How amazing that we humans,

چقدر شگفت‌انگیز است که ما انسان‌ها،

with our relatively limited access to the universe,

با دسترسی نسبتاً محدودمان به کائنات،

can still see far beyond our horizons

تنها با استفاده از تخیل و نبوغ‌مان

just using our imagination and our ingenuity.

می‌توانیم خیلی دورتر از افق‌مان را ببینیم.

And the universe rewards us

و کائنات هم به ما پاداش می‌دهد

by showing us how incredibly interesting and surprising it is.

و نشان‌مان می‌دهد چقدر جالب و شگفت‌انگیز است.

The future is fundamentally uncertain,

آینده از اساس ناپایدار است،

and to me, that is certainly exciting.

و برای من، این اساساً هیجان‌انگیز است.

Thank you.

متشکرم.

(Applause)

(تشویق)