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

Translator: Victoria Méndez Reviewer: traduceTED USC

I'm Hartmut, I lead Google Quantum AI.

Son Hartmut, líder de Google Quantum AI.

I have been working on quantum computing since 2012.

Traballo en computación cuántica dende o ano 2012.

And let me tell you why this is so intriguing.

Deixádeme contarvos por que é tan interesante.

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

Os ordenadores actuais, como un portátil ou un servidor de Google,

operate on the binary logic of zeros and ones.

operan coa lóxica binaria de ceros e uns.

A quantum computer like this one replaces the binary logic

Un ordenador cuántico, coma este, substitúe a lóxica binaria

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

polas leis da física cuántica, que o dotan de operacións máis potentes

allowing it to perform certain computations with way fewer steps.

que lle permiten realizar certos cálculos en moitos menos pasos.

So where does this superpower come from?

Pero de onde sae este superpoder?

Quantum computing is the first technology

A computación cuántica é a primeira tecnoloxía

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

que se toma en serio a idea de que vivimos nun multiverso.

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

Pode verse como a división dos cálculos en universos paralelos.

Let me explain.

Deixade que me explique.

In quantum physics,

Na física cuántica,

the key mathematical object

o obxecto matemático determinante

to describe many worlds is called superposition.

para describir varios mundos chámase superposición.

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

Para entender o que é, basta ollar este sinxelo sistema.

You just need three bits to describe it.

Só fan falla tres bits para describilo.

Each coin is a two-state system.

Cada moeda é un sistema de dous estados:

Heads or tails,

cara ou cruz,

zero or one.

cero ou un.

We look at a start state.

Observamos un estado inicial.

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

Se eu fose quen de saber que forzas actúan sobre o sistema,

then I can predict its trajectory and future states.

podería predicir a súa traxectoria e os seus estados futuros.

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

Así é como razoamos na física clásica, mais tamén na vida cotiá.

Pero se tratásemos este sistema como un sistema cuántico,

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

then it can branch into many configurations simultaneously.

podería ramificarse e formar múltiples configuracións á vez.

And we have to keep track of all those trajectories,

Teriamos que seguir a pista de todas esas traxectorias

interfere them to make an accurate prediction

e interferir con elas para elaborar unha predición axeitada

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

dos estados que veremos posteriormente.

So the equations of quantum mechanics

Entón, as ecuacións da mecánica cuántica

tell us that at any time, any object,

dinnos que, en calquera momento, calquera obxecto,

myself or the world at large,

mesmo eu ou ata o mundo enteiro,

exists in a superposition of many configurations.

existe nunha superposición de múltiples configuracións.

Intriguingly, look around in this room.

Curiosamente, botade un ollo a esta sala,

We are forming a configuration too.

nós tamén estamos a formar unha configuración.

And the equations of quantum physics would suggest

O que suxerirían as ecuacións da física cuántica

that we sit in different arrangements in different worlds.

é que estamos sentados en distintos ordenamentos en mundos diferentes.

This superpower can be applied to computation.

Este superpoder pode aplicarse na computación.

Picture a search task.

Pensade nunha tarefa de busca.

By envisioning a very tall closet with a million drawers,

Imaxinade un armario moi alto cun millón de caixóns,

I place an item in one of the drawers.

nun dos cales eu coloco un obxecto.

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

Cantos caixóns necesitades abrir antes de atopalo?

In average it will be half a million,

A resposta sería, de media, medio millón,

but if you had access to a quantum algorithm,

mais, se tivésedes acceso a un algoritmo cuántico,

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

bastarían mil pasos para atopar o obxecto.

How in the world can this be?

Como pode ser isto posible?

Indeed, it cannot be in a single world.

De feito, nun mundo só, non o é.

So here you see a good example

Este é un bo exemplo das vantaxes que pode ofrecer a computación cuántica

of how quantum computing can attain an advantage

by performing computations in parallel worlds.

ao operar en mundos paralelos.

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

Deixádeme ensinarvos o funcionamento dun ordenador cuántico na práctica.

So here you see a program in Cirq,

Aquí vedes un programa en Cirq,

unha libraría de software Python usada para expresar algoritmos cuánticos.

or Python-based programming language to express quantum algorithms.

It looks like sheet music.

Aseméllase a unha partitura musical.

Each line represents a qubit,

Cada liña representa un qbit

and each box represents an operation.

e cada caixa, unha operación.

When I hit return,

Cando premo return,

then it gets transmitted to our data center

transmítese ao centro de datos de Santa Bárbara.

in Santa Barbara.

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

Aquí podedes ver a transmisión en vivo dunha das nosas máquinas.

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

De feito, os nosos ordenadores cuánticos máis potentes teñen máis de 100 qbits.

There, the operations get translated into waveforms,

As operacións tradúcense en ondas,

electrical pulses that control the qubits.

pulsos eléctricos que controlan os qbits.

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

Vede como as ondas varían a medida que cambio o circuíto.

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

Este é un circuíto simple de dous qbits traballando.

For the programmers among you,

Aqueles que programedes

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

mirade como atopo un elemento de entre catro da base de datos

by only doing a single call to the database.

cunha única chamada á dita base.

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

Isto é algo que non se pode facer cun ordenador común.

So what can you do with quantum computers today?

Entón, que se pode facer hoxe cos ordenadores cuánticos?

We have prepared interesting quantum states

Preparamos estados cuánticos interesantes

and studied their properties.

e estudamos as súas propiedades.

This has led to dozens of publications

Isto deu paso a ducias de publicacións

in high-impact journals like Nature or Science.

en xornais de alto impacto como Nature ou Science.

De feito, gústame imaxinalo como crear pequenas porcións de maxia.

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

For example, one state we prepared

Por exemplo, un estado que preparamos

can be thought of as spawning a tiny traversable wormhole.

pode pensarse como crear un pequeno burato de verme transitable.

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

É útil para aprender sobre a física destes buratos.

We can throw a qubit in

Podemos lanzar a través del un qbit

and see how it reappears on the other side.

e ver como reaparece ao outro lado.

We made time crystals.

Fixemos cristais temporais.

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

É chulo o nome, eh?

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

Quen non quere uns pendentes de cristais temporais?

Time crystals have amazing physical properties.

Os cristais temporais teñen propiedades físicas asombrosas.

They change periodically in time without ever exchanging energy

Cambian periodicamente

sen intercambiar enerxía co contorno.

with the environment.

That's the closest to a perpetual mobile

É o máis próximo a un móbil perpetuo

that the laws of physics allow you to get.

que as leis da física permiten obter.

Or a final example, non-abelian anyons.

Ou un exemplo final, anyóns non abelianos.

This is a mouthful,

É complicado de explicar,

but these are systems that change the overall properties

pero son sistemas que cambian as súas propiedades xerais

when exchanging two identical parts,

cando intercambian dúas partes idénticas,

something humans have never seen before.

algo nunca visto para os humanos.

Because envision a little house made of Lego bricks

Imaxinade unha pequena casa de bloques de Lego

and envision swapping two bricks that look identical.

e imaxinade intercambiar dúas pezas que semellen idénticas.

In everyday life, you would not notice a difference,

Na vida cotiá, non notariades a diferenza,

but quantum physicists had predicted that systems can exist,

pero a física cuántica predixo que poden existir sistemas

that exchange or change their properties

que intercambian ou mudan as súas propiedades

when you exchange two identical parts.

ao intercambiar dúas partes idénticas deles.

To date, nobody has performed

A día de hoxe, ninguén deu elaborado

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

unha aplicación práctica na que só sexa posible usar un ordenador cuántico,

Despite what you may have read in the press.

a pesar do que puido aparecer na prensa.

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

Hoxe emocióname contarvos que estamos a completar o deseño

of an algorithm that may lead to first commercial applications.

dun algoritmo que pode levar ás primeiras aplicacións comerciais.

This quantum algorithm performs signal processing

Este algoritmo cuántico leva a cabo o procesado de sinais

to enable new ways to detect and analyze molecules

para activar novas formas de detectar e analizar moléculas

using nuclear electronic spin spectroscopy.

usando espectroscopía de spin electrónico nuclear.

In time, this may lead to exciting consumer applications.

Isto poderá levar a aplicacións emocionantes para o consumidor.

Envision a device akin to an electronic nose

Pensade nun dispositivo similar a un nariz electrónico

in your phone or smart watch.

no voso móbil ou reloxo intelixente.

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

Sería marabilloso que o voso móbil dese unha alerta

that you step into a room with dangerous viruses?

ao entrar nunha habitación chea de virus perigosos, non si?

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

Ou se un reloxo puidese detectar radicais libres no torrente sanguíneo

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

e avisar de que é hora de tomar o zume de açaí

or warn you of allergens in food

ou alertar sobre os alérxenos da comida

or many other truly helpful use cases.

ou realizar outras moitas funcións útiles.

To unlock more applications,

Para desbloquear máis aplicacións,

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

cómpre construír un grande ordenador cuántico sen erros.

Here you see our road map.

Aquí podedes ver o noso proxecto

How to build a computer with a million physical qubits.

de como construír un ordenador cun millón de qbits físicos.

It consists of six milestones.

Consta de seis obxectivos

and we achieved already the first two.

e xa logramos os dous primeiros.

Prior to 2019,

Até 2019,

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

ninguén mostrara nun ordenador cuántico de computación máis alá da clásica.

We were the first to demonstrate it.

Fomos os primeiros.

Our chip could perform a computation

O noso chip elaboraba unha operación

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

na que os superordenadores máis rápidos daquela terían tardado 10 000 anos.

But recently, we repeated this experiment.

Pero hai pouco repetimos este experimento

And now, Frontier, today's top supercomputer,

e agora Frontier, o mellor superordenador que hai na actualidade,

would need one billion years to perform this computation.

necesitaría mil millóns de anos para realizar esta operación.

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

O drástico crecemento do poder de cálculo dos ordenadores corrobora a lei de Neven,

which says that the power of quantum computers will grow

que di que o poder da computación cuántica crecerá nunha relación exponencial dobre.

at a double exponential rate.

In 2023, we achieved the second milestone.

En 2023, cumprimos o segundo obxectivo.

We demonstrated again for the first time

Demostramos, de novo por vez primeira,

that quantum error correction is a scalable technology.

que a corrección cuántica de erros é unha tecnoloxía escalable.

Error correction sounds boring, but it's crucial.

Aínda que a corrección de erros poida soar aburrida, é crucial.

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

Hoxe, as operacións de dous qbits teñen unha taxa de erro de 1 en 1000.

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

Isto significa que, cada 1000 pasos aproximadamente,

the quantum computer will crash.

o ordenador cuántico dará algún fallo.

To improve this,

Para arranxar isto,

we combine many physical qubits to a logical qubit

combinamos varios qbits físicos nun só qbit lóxico,

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

o que reduce a taxa de erro a 1 en mil millóns ou menos.

We are about halfway through our road map,

Estamos pola metade do noso plan de acción

and we are optimistic that we will complete it

e pensamos que o podemos completar

before the end of this decade.

antes de que remate a década.

We have done analytical and numerical studies

Realizamos estudos analíticos e numéricos

to predict which algorithms will be impactful

para predicir cales son os algoritmos que terán impacto

on such a large quantum computer.

nun ordenador cuántico de tal dimensión.

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

Unha clase de aplicacións que nos gustan e que chamamos Feynman’s killer apps

is the simulation of systems where quantum effects are important.

son a simulación de sistemas onde os efectos cuánticos son importantes.

This is relevant for designing more effective,

Isto é moi importante para deseñar medicamentos máis eficaces e específicos.

more targeted medicines.

Specifically, we have worked with a pharmaceutical company

Traballamos concretamente cunha empresa farmacéutica

on algorithms to describe cytochrome P450.

en algoritmos para describir o citocromo P450.

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

Este grupo de enzimas metaboliza un 75 % dos medicamentos que consumimos.

Or the design of lighter, faster-charging batteries

Ou o deseño de baterías máis lixeiras de carga máis rápida

that can hold a larger charge for electric cars

que manteñan a carga máis tempo para coches eléctricos

or even electric airplanes.

ou mesmo avións eléctricos.

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

Ou para mellorar os reactores de fusión e combater o cambio climático,

arguably humanity's most urgent challenge.

que é indiscutiblemente un dos problemas máis importantes e urxentes.

A recent result is a novel algorithm

Un resultado recente é un algoritmo novel

that delivers significant speed up for optimization.

que incrementa significativamente a velocidade da optimización.

This is a big deal

Isto é vital,

because optimization problems are ubiquitous

pois os problemas de optimización son omnipresentes

in engineering, finance or machine learning.

na enxeñaría, en finanzas ou machine learning.

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

Un xeito de velo é pensando no futuro.

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

Cando unha IA xogue ao xadrez ou ao go contra a IA cuántica,

the quantum AI will win.

esta última gañará.

This result shows that quantum computers

O resultado mostra que os ordenadores cuánticos

will become a must-have capability

se volverán unha capacidade imprescindible

to serve foundational computational tasks.

para levar a cabo tarefas computacionais básicas.

I'm also very interested in the intersection of physics

Estou moi interesado tamén na confluencia da física

and neurobiology.

e a neurobioloxía.

Quantum information science

A ciencia da información cuántica

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

pode permitirnos responder unha das preguntas máis transcendentes:

What creates conscious experience?

que é o que crea a experiencia consciente?

An attractive conjecture is that consciousness

Unha conxectura atractiva é que a conciencia

is how we experience the emergence

é como experimentamos a emerxencia

of a single classical world

dun único mundo clásico

out of the many the multiverse is composed of.

de entre os moitos que conforman o multiverso.

With academic collaborators,

Con colaboradores académicos,

I have started a program to experimentally test this conjecture

comecei un programa para probar esta conxectura experimentalmente

using methods of quantum neurobiology.

usando métodos da neurobioloxía cuántica.

If our conjecture is correct,

Se a conxectura é certa,

this would allow us to expand human consciousness in space,

permitiríanos expandir a conciencia humana en espazo,

time and complexity.

tempo e complexidade.

In conclusion,

En conclusión,

estamos a evolucionar de modo constante

we are making steady progress

towards building the world's first useful quantum computer

cara á construción do primeiro ordenador cuántico útil

and applying its enormous power to important challenges.

e a aplicación do seu gran poder en retos importantes.

A quantum computer will be a gift to future generations,

Un ordenador cuántico será un agasallo para as vindeiras xeracións.

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

Será unha nova ferramenta que as axudará a resolver problemas agora irresolubles.

Thank you.

Grazas.

(Applause)

(Aplausos)