A beginner's guide to quantum computing | Shohini Ghose

Traduttore: Mauro Costantino Revisore: Chiara Polesinanti

Facciamo un gioco.

Immaginante di essere a Las Vegas,

in un casinò,

e di decidere di giocare a un gioco su uno dei computer del casinò,

Let's play a game.

Imagine that you are in Las Vegas,

proprio come potreste giocare a solitario o a scacchi.

in a casino,

Il computer può muovere nel gioco, proprio come un giocatore umano.

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

È un gioco di lancio della moneta.

just like you might play solitaire or chess.

Inizia con la moneta che mostra la testa,

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

e il computer gioca per primo.

Può decidere di lanciare o no la moneta,

This is a coin game.

It starts with a coin showing heads,

ma voi non potete vedere il risultato.

Poi viene il vostro turno.

and the computer will play first.

Anche voi potete decidere di lanciare o no la moneta,

It can choose to flip the coin or not,

e la vostra mossa non sarà rivelata al vostro avversario, il computer.

but you don't get to see the outcome.

Next, it's your turn.

Infine, il computer gioca nuovamente, può decidere se lanciare o no la moneta,

You can also choose to flip the coin or not,

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

e dopo questi tre turni

la moneta viene mostrata,

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

e se esce testa, il computer vince,

se esce croce, vincete voi.

and after these three rounds,

È un gioco abbastanza semplice,

the coin is revealed,

se tutti giocano pulito e la moneta non è truccata,

and if it is heads, the computer wins,

allora avete 50% di probabilità di vincere questo gioco.

if it's tails, you win.

So it's a pretty simple game,

Per confermare questa teoria,

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

ho chiesto ai miei studenti di giocarci sui nostri computer,

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

e dopo molti, molti tentativi,

il loro tasso di vittoria alla fine era del 50%, o vicino al 50%,

And to confirm that,

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

come ci si aspettava.

Sembra un gioco abbastanza noioso, no?

and after many, many tries,

Ma cosa accadrebbe se potessimo giocare su un computer quantistico?

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

as expected.

Dunque, i casinò di Las Vegas non hanno computer quantistici

Sounds like a boring game, right?

per quanto ne sappia,

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

ma la IBM ha costruito un computer quantistico che funziona.

Now, Las Vegas casinos do not have quantum computers,

Eccolo.

Ma che cos’è un computer quantistico?

as far as I know,

Ecco, la fisica quantistica descrive

but IBM has built a working quantum computer.

il comportamento degli atomi e delle particelle fondamentali,

Here it is.

But what is a quantum computer?

come gli elettroni e i fotoni.

Well, quantum physics describes

Quindi un computer quantistico lavora

controllando il comportamento di queste particelle,

the behavior of atoms and fundamental particles,

ma in una maniera completamente differente dai nostri computer normali.

like electrons and photons.

So a quantum computer operates

Quindi un computer quantistico non è solamente una versione più potente

by controlling the behavior of these particles,

dei nostri attuali computer,

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

proprio come una lampadina non è una candela più potente.

So a quantum computer is not just a more powerful version

Non potete costruire una lampadina costruendo una candela migliore.

of our current computers,

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

Una lampadina è una tecnologia diversa,

basata su una conoscenza scientifica più profonda.

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

Allo stesso modo, un computer quantistico è un nuovo tipo di dispositivo,

A light bulb is a different technology,

basato sulla scienza della fisica quantistica

based on deeper scientific understanding.

e proprio come una lampadina ha trasformato la società,

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

i computer quantistici hanno il pontenziale

per influire su tantissimi aspetti della nostra vita,

based on the science of quantum physics,

comprese le nostre esigenze di sicurezza, l’assistenza sanitaria e persino Internet.

and just like a light bulb transformed society,

quantum computers have the potential to impact

Aziende in tutto il mondo stanno lavorando per costruire queste macchine.

so many aspects of our lives,

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

E per vedere il perché di tutta questa aspettativa,

facciamo il nostro gioco su un computer quantistico.

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

Allora, mi posso connettere al computer quantistico IBM da qui,

and to see what the excitement is all about,

let's play our game on a quantum computer.

il che significa che posso giocare in remoto,

e anche voi.

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

Perché questo succeda, ricorderete di aver ricevuto una mail da TED,

which means I can play the game remotely,

che vi chiedeva se avreste scelto di lanciare o no la moneta,

and so can you.

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

se aveste giocato.

In realtà, vi abbiamo chiesto di scegliere tra un cerchio e un quadrato.

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

Non lo sapevate,

ma la vostra scelta del cerchio significava “lanciare la moneta”

if you played the game.

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

e la scelta del quadrato era “non lanciare”.

Abbiamo ricevuto 372 risposte.

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

Grazie.

Questo significa che possiamo giocare 372 volte contro il computer quantistico

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

We received 372 responses.

usando le vostre scelte.

Ed è un gioco abbastanza veloce da giocare,

Thank you.

That means we can play 372 games against the quantum computer

per cui posso mostrarvi i risultati immediatamente.

Sfortunatamente, non avete fatto un gran risultato.

using your choices.

And it's a pretty fast game to play,

(Risate)

Il computer quantistico ha vinto quasi tutte la partite.

so I can show you the results right here.

Ne ha persa qualcuna solo a causa di errori operativi nel computer.

Unfortunately, you didn't do very well.

(Laughter)

(Risate)

The quantum computer won almost every game.

Quindi, come avrà fatto a ottenere un risultato così strabiliante?

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

Sembra una magia o che abbia barato,

(Laughter)

ma in realtà, è solo la fisica quantistica in azione.

So how did it achieve this amazing winning streak?

È così che funziona.

Un computer normale simula la testa o la croce di una moneta con un bit,

It seems like magic or cheating,

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

uno zero o un uno,

Here's how it works.

o una corrente che si accende e si spegne all’interno del chip del computer.

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

Un computer quantistico è completamente differente.

a zero or a one,

Un bit quantistico ha un’identità non binaria più fluida.

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

A quantum computer is completely different.

Può esistere in una sovrapposizione, o in una combinazione di zero e uno,

A quantum bit has a more fluid, nonbinary identity.

con una certa probabilità di essere zero e una certa probabilità di essere uno.

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

In altre parole, la sua identità si trova su uno spettro.

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

Per esempio, potrebbe avere una probabilità del 70% di essere zero

e una del 30% di essere uno.

In other words, its identity is on a spectrum.

o 80-20 o 60-40.

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

Le possibilità sono infinite.

and a 30 percent chance of being one

L’idea chiave qui

or 80-20 or 60-40.

è che dobbiamo rinunciare ai valori esatti di zero e uno

e tenere conto di una certa incertezza.

The possibilities are endless.

The key idea here

Così durante il gioco,

il computer quantistico crea questa combinazione fluida di teste e croci,

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

and allow for some uncertainty.

zero e uno,

in modo che, qualunque cosa faccia il giocatore,

So during the game,

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

lanci o non lanci,

la sovrapposizione rimane intatta.

È come mescolare una miscela di due fluidi.

zero and one,

so that no matter what the player does,

flip or no flip,

Che mescoliate o no, il fluido è una miscela,

the superposition remains intact.

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

ma nella mossa finale,

il computer quantistico può dividere gli zero e uno,

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

recuperando perfettamente le teste in modo che perdiate ogni volta.

but in its final move,

(Risate)

the quantum computer can unmix the zero and one,

Se pensate che sia tutto un poco strano, avete assolutamente ragione.

perfectly recovering heads so that you lose every time.

Le monete normali non esistono in una combinazione di teste e croci.

(Laughter)

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

Noi non possiamo sperimentare questa realtà quantistica fluida

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

nelle nostre vite quotidiane.

Quindi se siete confusi da ciò che è quantistico,

We do not experience this fluid quantum reality

non preoccupatevi, siete nel giusto.

(Risate)

in our everyday lives.

Ma anche se non possiamo percepire la stranezza quantistica,

So if you are confused by quantum,

don't worry, you're getting it.

possiamo vederne gli effetti in azione.

(Laughter)

Avete visto voi stessi i dati.

But even though we don't experience quantum strangeness,

Il computer quantistico ha vinto

perché ha sfruttato la sovrapposizione e l’incertezza,

we can see its very real effects in action.

You've seen the data for yourself.

e queste proprietà quantistiche sono potenti,

The quantum computer won

non solo per vincere giochi con le monete,

because it harnessed superposition and uncertainty,

ma anche per costruire future tecnologie quantistiche.

and these quantum properties are powerful,

Ecco tre esempi di possibili applicazioni che potrebbero cambiare la nostra vita.

not just to win coin games,

but also to build future quantum technologies.

Prima di tutto, l’incertezza quantistica può essere usata per creare chiavi private

So let me give you three examples of potential applications

per criptare messaggi mandati da una parte all’altra

that could change our lives.

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

in modo che gli hacker non possano copiare perfettamente la chiave di nascosto,

for encrypting messages sent from one location to another

a causa dell’incertezza quantistica.

Dovrebbero rompere le leggi della fisica quantistica

so that hackers could not secretly copy the key perfectly,

per hackerare la chiave.

Questo tipo di crittografia indecifrabile

because of quantum uncertainty.

They would have to break the laws of quantum physics

è già in fase di test nelle banche e in altre istituzioni del mondo.

to hack the key.

Oggi usiamo più di 17 miliardi di apparecchi connessi globalmente.

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

and other institutions worldwide.

Immaginate l’impatto che la crittografia quantistica potrebbe avere in futuro.

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

Poi, le tecnologie quantistiche potrebbero trasformare anche la sanità e la medicina.

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

Per esempio, la progettazione e l’analisi delle molecole nello sviluppo di farmaci

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

sono attualmente un problema importante,

e questo perché descrivere e calcolare tutte le proprietà quantistiche

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

is a challenging problem today,

di tutti gli atomi nella molecola

and that's because exactly describing and calculating

è un compito difficile, anche per un supercomputer.

Ma un computer quantistico potrebbe fare di meglio,

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

perché lavora utilizzando le stesse proprietà quantistiche

is a computationally difficult task, even for our supercomputers.

delle molecole che cerca di simulare.

But a quantum computer could do better,

Quindi simulazioni quantistiche su grande scala per lo sviluppo di farmaci

because it operates using the same quantum properties

potrebbero forse portare a cure per malattie come l’Alzheimer,

as the molecule it's trying to simulate.

So future large-scale quantum simulations for drug development

che colpisce migliaia di vite.

E in terzo luogo, la mia applicazione quantistica favorita

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

è il teletrasporto di informazioni da un luogo all’altro

which affects thousands of lives.

senza la trasmissione fisica dell’informazione.

And thirdly, my favorite quantum application

is teleportation of information from one location to another

Suona un po’ fantascientifico, ma è possibile,

perché queste identità fluide delle particelle quantistiche

without physically transmitting the information.

possono rimanere legate attraverso lo spazio e il tempo

Sounds like sci-fi, but it is possible,

in una maniera tale che quanto si cambia qualcosa riguardo a una particella,

because these fluid identities of the quantum particles

può influenzare l’altra,

e questo crea un canale per il teletrasporto.

can get entangled across space and time

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

È già stato dimostrato in laboratorio

e potrebbe essere parte di un futuro internet quantistico.

it can impact the other,

and that creates a channel for teleportation.

Non abbiamo ancora una rete così,

It's already been demonstrated in research labs

ma il mio gruppo sta lavorando su queste possibilità,

and could be part of a future quantum internet.

simulando una rete quantistica, su un computer quantistico.

We don't have such a network as yet,

Quindi abbiamo progettato e implementato alcuni nuovi protocolli interessanti

but my team is working on these possibilities,

by simulating a quantum network on a quantum computer.

come il teletrasporto tra diversi utenti della rete

So we have designed and implemented some interesting new protocols

e la trasmissione efficiente di dati

e persino il voto sicuro.

such as teleportation among different users in the network

Quindi è molto divertente per me, essere una fisica quantistica.

Lo raccomando.

and efficient data transmission

(Risate)

Possiamo essere esploratori nel paese quantistico delle meraviglie.

and even secure voting.

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

Chissà quali applicazioni scopriremo in futuro.

I highly recommend it.

(Laughter)

Dobbiamo avanzare cautamente e con responsabilità

We get to be explorers in a quantum wonderland.

mentre costruiamo il nostro futuro quantistico.

Who knows what applications we will discover next.

E per me, personalmente,

la fisica quantistica non è uno strumento solo per costruire computer quantistici.

We must tread carefully and responsibly

as we build our quantum future.

Vedo i computer quantistici come un modo per sondare i misteri della natura

And for me, personally,

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

e rivelare di più su questo mondo nascosto oltre la nostra esperienza.

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

Che cosa incredibile che noi umani,

con il nostro accesso relativamente limitato all’universo,

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

possiamo nonostante tutto vedere più in là dei nostri orizzonti

usando solo la nostra immaginazione e il nostro ingegno.

How amazing that we humans,

with our relatively limited access to the universe,

E l’universo ci premia

mostrandoci quanto sia incredibilmente interessante e sorprendente.

can still see far beyond our horizons

just using our imagination and our ingenuity.

Il futuro è fondamentalmente incerto,

And the universe rewards us

e, per me, questa incertezza è entusiasmante.

by showing us how incredibly interesting and surprising it is.

Grazie.

The future is fundamentally uncertain,

(Applausi)

and to me, that is certainly exciting.

Thank you.

(Applause)