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

Fordító: Peter Pallos Lektor: Reka Lorinczy

I'm Hartmut, I lead Google Quantum AI.

Hartmut vagyok, a Google Quantum AI-t vezetem.

I have been working on quantum computing since 2012.

2012 óta foglalkozom a kvantum-számítástechnikával.

And let me tell you why this is so intriguing.

Elmondom, miért olyan érdekes ez.

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

A mai számítógépek, mint pl. a laptop vagy a Google adatközpont szervere,

operate on the binary logic of zeros and ones.

a nullák és egyesek bináris logikájával működnek.

A quantum computer like this one replaces the binary logic

A kvantumszámítógép a bináris logikát

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

a kvantumfizika törvényeivel helyettesíti, amelyekkel erősebb műveletek végezhetők,

allowing it to perform certain computations with way fewer steps.

így bizonyos számításokat sokkal kevesebb lépésben lehet elvégezni.

So where does this superpower come from?

Honnan származik ez a szupererő?

Quantum computing is the first technology

A kvantumszámítás az első technológia,

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

amely komolyan veszi azt az elképzelést, hogy multiverzumban élünk.

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

Úgy tekinthető, mintha párhuzamos univerzumoknak adná ki a számításokat.

Let me explain.

Hadd magyarázzam el!

In quantum physics,

A kvantumfizikában

the key mathematical object

a sok világot leíró kulcsfontosságú matematikai objektumot

to describe many worlds is called superposition.

szuperpozíciónak nevezik.

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

Ahhoz, hogy megértsük, mi ez, nézzük meg ezt az egyszerű rendszert!

You just need three bits to describe it.

Leírásához csak három bitre van szükség.

Each coin is a two-state system.

Minden érme kétállapotú rendszer.

Heads or tails,

Fej vagy írás,

zero or one.

nulla vagy egy.

We look at a start state.

Nézzük a kezdő állapotot!

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

Ha tudnám, mely erők hatnak a rendszerre,

then I can predict its trajectory and future states.

akkor meg tudnám jósolni a pályáját és jövőbeli állapotát.

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

A klasszikus fizikában és a mindennapi életben így gondolkodunk.

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

De kvantumrendszerként kezelve

then it can branch into many configurations simultaneously.

a rendszer egyszerre több konfigurációra ágazhat szét.

And we have to keep track of all those trajectories,

E pályákat nyomon kell követnünk,

interfere them to make an accurate prediction

be kell avatkoznunk, hogy pontosan megjósoljuk,

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

milyen állapotokat látunk majd a jövőben.

So the equations of quantum mechanics

A kvantummechanika egyenletei megadják,

tell us that at any time, any object,

hogy bármikor bármely tárgy –

myself or the world at large,

legyen az általában a világ vagy én –

exists in a superposition of many configurations.

konfigurációk sokaságának szuperpozíciójában létezik.

Intriguingly, look around in this room.

Nézzenek körül a helyiségben!

We are forming a configuration too.

Mi is konfigurációt képezünk.

And the equations of quantum physics would suggest

A kvantumfizikai egyenletek azt állítják,

that we sit in different arrangements in different worlds.

hogy különböző világokban különböző elrendezésekben ülünk.

This superpower can be applied to computation.

Ez a szupererő számításokra alkalmazható.

Picture a search task.

Nézzünk egy keresési feladatot!

By envisioning a very tall closet with a million drawers,

Képzeljünk el egy sok millió fiókos nagyon magas szekrényt,

I place an item in one of the drawers.

melynek egyik fiókjába tárgyat helyezek el.

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

Hány fiókot kell kinyitnunk a megtalálásához?

In average it will be half a million,

Átlagosan félmilliót,

but if you had access to a quantum algorithm,

de kvantumalgoritmussal

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

csak 1000 lépés kellene a megtalálásához.

How in the world can this be?

Hogy lehetséges ez a világban?

Indeed, it cannot be in a single world.

Valójában egyetlen világban nem lehetséges.

So here you see a good example

Ez jó példa rá, hogy a számítások végrehajtásával

of how quantum computing can attain an advantage

párhuzamos világokban

by performing computations in parallel worlds.

a kvantumszámítás előnyre tehet szert.

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

Megmutatom, a kvantumszámítógépet hogyan kell használni a gyakorlatban.

So here you see a program in Cirq,

Ez Cirq- vagy Python-alapú programozási nyelven írt program

or Python-based programming language to express quantum algorithms.

kvantumalgoritmusok kifejezésére.

It looks like sheet music.

Kottára hasonlít.

Each line represents a qubit,

Minden sor egy-egy qubit,

and each box represents an operation.

és minden mező egy-egy műveletet jelöl.

When I hit return,

Amikor megnyomom a RETURN gombot,

then it gets transmitted to our data center

akkor az adatokat továbbítjuk

in Santa Barbara.

a Santa Barbara-i adatközpontunkba.

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

Itt egyik gépünk bemenete látható.

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

Legerősebb kvantumszámítógépeink ma már több mint 100 qubitból állnak.

There, the operations get translated into waveforms,

Ott a műveletek hullámokká, villamos impulzusokká alakulnak át,

electrical pulses that control the qubits.

amelyek szabályozzák a qubitokat.

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

Látják a hullámok változását, ahogy módosítom az áramkört.

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

Ez egyszerű kétqubites áramkör, amely kvantumkeresést végez.

For the programmers among you,

Az önök között lévő programozók kérem, figyeljék meg,

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

hogyan találok meg egy elemet a négyelemes adatbázisban

by only doing a single call to the database.

csak egyetlen bejelentkezéssel.

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

Közönséges számítógépen ezt nem tehettük meg.

So what can you do with quantum computers today?

Mit tehetünk ma a kvantumszámítógépekkel?

We have prepared interesting quantum states

Érdekes kvantumállapotokat készítettünk,

and studied their properties.

és tanulmányoztuk a tulajdonságaikat.

This has led to dozens of publications

Ebből több tucat publikáció született nagy idézettségű folyóiratokban,

in high-impact journals like Nature or Science.

pl. a Nature-ben vagy a Science-ben.

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

Szeretek úgy gondolni rá, mintha apró varázslatokat hoznék létre.

For example, one state we prepared

Pl. egy általunk készített állapot

can be thought of as spawning a tiny traversable wormhole.

felfogható úgy, mint egy apró, átjárható féreglyuk.

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

Alkalmas a féreglyukak fizikájának megismerésére.

We can throw a qubit in

Bedobhatunk egy qubitot,

and see how it reappears on the other side.

és figyelhetjük, hogyan jelenik meg újra a túloldalon.

We made time crystals.

Időkristályokat készítettünk.

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

Ez klassz szó, nem igaz?

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

Ki ne szeretné, hogy időkristály legyen a fülbevalója?

Time crystals have amazing physical properties.

Az időkristályoknak csodás fizikai tulajdonságaik vannak.

They change periodically in time without ever exchanging energy

Időszakosan változnak,

anélkül hogy környezetükkel energiát cserélnének.

with the environment.

That's the closest to a perpetual mobile

Ez a legközelebb áll az örökmozgóhoz,

that the laws of physics allow you to get.

amelyet a fizika törvényei lehetővé tesznek.

Or a final example, non-abelian anyons.

Vagy egy utolsó példa, a nem-abeli anyonok.

This is a mouthful,

Ez egy csomó, de ezek a rendszerek

but these are systems that change the overall properties

két azonos rész cseréjekor

when exchanging two identical parts,

megváltoztatják általános tulajdonságukat,

something humans have never seen before.

ilyent az emberek még sosem láttak.

Because envision a little house made of Lego bricks

Mert képzeljenek el Lego-kockákból készült házacskát,

and envision swapping two bricks that look identical.

és képzeljék el két azonos kocka cseréjét.

In everyday life, you would not notice a difference,

A mindennapi életben nem veszünk észre különbséget,

but quantum physicists had predicted that systems can exist,

de kvantumfizikusok azt jósolták, hogy létezhetnek rendszerek,

that exchange or change their properties

amelyek kicserélik vagy megváltoztatják tulajdonságaikat,

when you exchange two identical parts.

amikor két azonos részt kicserélünk.

To date, nobody has performed

Máig senki sem hajtott végre olyan gyakorlati alkalmazást,

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

amelyet csak kvantumgépen lehet elvégezni.

Despite what you may have read in the press.

Bár ilyet a sajtóban olvashattak.

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

De ma örömmel mondhatom, hogy olyan algoritmus tervezését fejeztük be,

of an algorithm that may lead to first commercial applications.

amely az első kereskedelmi alkalmazásokhoz vezethet.

This quantum algorithm performs signal processing

Ez a kvantumalgoritmus jelfeldolgozást hajt végre,

to enable new ways to detect and analyze molecules

hogy új módszerek legyenek lehetsségesek molekulák észlelésére

using nuclear electronic spin spectroscopy.

és elemzésére nukleáris elektronikus spinspektroszkópiával.

In time, this may lead to exciting consumer applications.

Idővel ez izgalmas fogyasztói alkalmazásokhoz vezethet.

Envision a device akin to an electronic nose

Képzeljenek el elektronikus orrhoz hasonló eszközt

in your phone or smart watch.

telefonjukban vagy okosórájukban.

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

Nem lenne fantasztikus, ha a telefonjuk figyelmezné önöket,

that you step into a room with dangerous viruses?

hogy veszélyes vírusokkal fertőzött szobába lépnek?

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

Vagy ha okosórájuk képes lenne érzékelni vérükben a szabad gyököket,

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

és jelezné, hogy legfőbb ideje meginni az acai gyümölcslevet,

or warn you of allergens in food

vagy figyelmeztetné önöket az élelmiszerekben lévő allergénekre

or many other truly helpful use cases.

vagy sok más igazán hasznos felhasználásra.

To unlock more applications,

További alkalmazások feltárásához

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

nagy hibajavított kvantumszámítógépet kell építenünk.

Here you see our road map.

Itt láthatják ütemtervünket.

How to build a computer with a million physical qubits.

Hogyan készítsünk egymillió fizikai qubites számítógépet?

It consists of six milestones.

Hat lépésből áll.

and we achieved already the first two.

Az első kettőt már megtettük.

Prior to 2019,

2019 előtt

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

kvantumszámítógépen a klasszikuson túlmutató számítást senki sem végzett.

We were the first to demonstrate it.

Mi voltunk az elsők.

Our chip could perform a computation

A csipünk olyan számítást végzett,

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

amelyhez 10 000 évre volt szüksége az akkori leggyorsabb szuperszámítógépnek.

But recently, we repeated this experiment.

De nemrégiben megismételtük a kísérletet.

And now, Frontier, today's top supercomputer,

Most a Frontier-nek, a mai legjobb szuperszámítógépnek

would need one billion years to perform this computation.

egymilliárd évre lenne szüksége e számítás végrehajtásához.

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

A számítási teljesítmény erőteljes növekedése megerősíti Neven törvényét:

which says that the power of quantum computers will grow

a kvantumszámítási teljesítmény a hagyományos számítástechnikához képest

at a double exponential rate.

kétszeres exponenciális növekedést mutat.

In 2023, we achieved the second milestone.

2023-ban elértük a második szakaszt.

We demonstrated again for the first time

Megint mi mutattuk be először,

that quantum error correction is a scalable technology.

hogy a kvantum-hibajavítás méretezhető technológia.

Error correction sounds boring, but it's crucial.

A hibajavítás unalmasnak hangzik, de kulcsfontosságú.

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

Napjainkban a kétqubitos műveletek hibaaránya egy az ezerhez.

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

Ez azt jelenti, hogy kb. 1000 lépés után

the quantum computer will crash.

a kvantumszámítógép összeomlik.

To improve this,

Az arány javítására

we combine many physical qubits to a logical qubit

sok fizikai qubitet logikai qubittel kombinálunk,

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

hogy a hibaarányt egy az egymilliárdhoz arányra, vagy még kevesebbre csökkentsük.

We are about halfway through our road map,

Kb. félúton vagyunk ehhez,

and we are optimistic that we will complete it

és arra számítunk,

before the end of this decade.

hogy az évtized vége előtt célunkat elérjük.

We have done analytical and numerical studies

Elemzéseket végeztünk és számszerűsítettünk,

to predict which algorithms will be impactful

hogy megjósoljuk, mely algoritmusok lesznek hatásosak

on such a large quantum computer.

akkora kvantumszámítógépben.

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

Kedvelt alkalmazásaink egyike, melyet gyilkos Feynman-appnak nevezünk,

is the simulation of systems where quantum effects are important.

olyan rendszerek szimulációja, ahol a kvantumhatások fontosak.

This is relevant for designing more effective,

Ez lényeges a hatékonyabb,

more targeted medicines.

személyre szóló gyógyszerek tervezéséhez.

Specifically, we have worked with a pharmaceutical company

Konkrétan egy gyógyszergyárral működtünk együtt

on algorithms to describe cytochrome P450.

a citokróm P450-et leíró algoritmusokon.

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

Ez az enzimcsoport metabolizálja gyógyszereink kb. 75%-át.

Or the design of lighter, faster-charging batteries

Vagy könnyebb, gyorsabban tölthető akkuk kialakításában,

that can hold a larger charge for electric cars

amelyek több töltést képesek megtartani

elektromos autókhoz vagy elektromos repülőgépekhez.

or even electric airplanes.

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

Vagy fúziós reaktorok tervezésének felgyorsításában

arguably humanity's most urgent challenge.

az éghajlatváltozás megoldására, amely az emberiség legsürgetőbb kihívása.

A recent result is a novel algorithm

A legújabb eredményünk

that delivers significant speed up for optimization.

az optimalizálást jelentősen felgyorsító új algoritmusunk.

This is a big deal

Ez nagy dolog,

because optimization problems are ubiquitous

mert az optimalizálási feladatok

in engineering, finance or machine learning.

a mérnöki, a pénzügyi vagy a gépi tanulás terén gyakoriak.

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

A jövőben jusson eszünkbe,

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

hogy amikor az MI sakkozik, vagy gót játszik a kvantum MI ellen,

the quantum AI will win.

akkor a kvantum MI fog nyerni.

This result shows that quantum computers

Az eredmény mutatja,

will become a must-have capability

hogy a kvantumszámítógépek képességei

to serve foundational computational tasks.

az alapvető számítási feladatok elvégzéséhez nélkülözhetetlenek lesznek.

I'm also very interested in the intersection of physics

Nagyon érdekel a fizika

és a neurobiológia metszéspontja is.

and neurobiology.

Quantum information science

A kvantuminformatika lehetővé teszi

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

hogy megválaszoljuk az emberiség egyik legmélyebb kérdését:

What creates conscious experience?

Mi teremt tudatos élményt?

An attractive conjecture is that consciousness

Vonzó feltételezés,

is how we experience the emergence

hogy a tudatosság révén tapasztaljuk meg

of a single classical world

egyetlen klasszikus világ kialakulását

out of the many the multiverse is composed of.

a multiverzumot alkotó sok világból.

With academic collaborators,

A feltételezés tesztelésére egyetemi munkatársakkal

I have started a program to experimentally test this conjecture

kvantum-neurobiológiai módszerekkel

using methods of quantum neurobiology.

programot indítottam.

If our conjecture is correct,

Ha a feltételezésünk helyes, ez lehetővé teszi,

this would allow us to expand human consciousness in space,

hogy az emberi tudatot térben,

time and complexity.

időben és összetettségben kibővítsük.

In conclusion,

Összefoglalva: folyamatosan haladunk

we are making steady progress

towards building the world's first useful quantum computer

a világ első használható kvantumszámítógépe megépítése

and applying its enormous power to important challenges.

és óriási erejének fontos feladatokra alkalmazása felé.

A quantum computer will be a gift to future generations,

A kvantumszámítógép ajándék lesz a jövő nemzedékeinek,

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

új eszközt adunk nekik a ma még megoldhatatlan problémák megfejtésére.

Thank you.

Köszönöm.

(Applause)

(Taps)