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

Traduttore: Luca Tomasi

I'm Hartmut, I lead Google Quantum AI.

Salve, io sono Hartmut, il direttore di Google Quantum AI.

I have been working on quantum computing since 2012.

Mi occupo di informatica quantistica dal 2012.

And let me tell you why this is so intriguing.

E vorrei spiegarvi perché è così affascinante.

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

I computer odierni, come il vostro laptop o un server di un data center di Google,

operate on the binary logic of zeros and ones.

funzionano secondo la logica binaria fatta di zero e uno.

A quantum computer like this one replaces the binary logic

Un computer quantistico come questo sostituisce la logica binaria

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

con le leggi della fisica quantistica, che gli dà più potenza di funzionamento,

allowing it to perform certain computations with way fewer steps.

consentendogli di eseguire dei calcoli con un numero di passaggi molto inferiore.

So where does this superpower come from?

Ma da dove vengono questi superpoteri?

Quantum computing is the first technology

L’informatica quantistica è la prima tecnologia

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

che prende sul serio l'idea che viviamo in un multiverso.

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

Come se si distribuissero i calcoli da effettuare in universi paralleli.

Let me explain.

Mi spiego meglio.

In quantum physics,

Nella fisica quantistica,

the key mathematical object

il concetto matematico chiave

to describe many worlds is called superposition.

per descrivere molti mondi si chiama sovrapposizione.

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

Per capire di cosa si tratta, prendiamo questo semplice sistema.

You just need three bits to describe it.

Per descriverlo, bastano tre bit.

Each coin is a two-state system.

Ogni moneta è un sistema a due stati.

Heads or tails,

Testa o croce,

zero or one.

zero o uno.

We look at a start state.

Osserviamo uno stato iniziale.

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

Se sapessi quali forze agiscono sul sistema,

then I can predict its trajectory and future states.

potrei prevederne la traiettoria e gli stati futuri.

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

Questo è il modo di ragionare della fisica classica

e anche della vita quotidiana.

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

Ma se dovessimo vederlo come un sistema quantistico,

then it can branch into many configurations simultaneously.

questo sistema potrebbe ramificarsi allo stesso tempo in molte configurazioni.

And we have to keep track of all those trajectories,

E dobbiamo tenere conto di tutte quelle traiettorie,

interfere them to make an accurate prediction

interferire con queste traiettorie per fare una previsione accurata

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

degli stati che osserveremo in futuro.

So the equations of quantum mechanics

Quindi le equazioni della meccanica quantistica

tell us that at any time, any object,

ci dicono che in qualsiasi momento, qualsiasi oggetto,

myself or the world at large,

io o il mondo intero,

exists in a superposition of many configurations.

esiste in una sovrapposizione di molte configurazioni.

Intriguingly, look around in this room.

Cosa interessante, guardatevi intorno in questa stanza:

We are forming a configuration too.

anche noi formiamo una configurazione.

And the equations of quantum physics would suggest

E le equazioni della fisica quantistica suggerirebbero

that we sit in different arrangements in different worlds.

che siamo seduti in disposizioni diverse in mondi diversi.

This superpower can be applied to computation.

Questo superpotere può essere applicata al calcolo.

Picture a search task.

Pensate a un’attività di ricerca.

By envisioning a very tall closet with a million drawers,

Immaginatevi un enorme schedario con un milione di cassetti;

I place an item in one of the drawers.

io metto qualcosa in uno dei cassetti.

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

Quanti cassetti dovrete aprire per trovare quell’oggetto?

In average it will be half a million,

In media, mezzo milione,

but if you had access to a quantum algorithm,

ma se aveste accesso a un algoritmo quantistico,

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

basterebbero mille passaggi per trovarlo.

How in the world can this be?

Non sta né in cielo né in terra?

Indeed, it cannot be in a single world.

In effetti, è impossibile con una sola Terra.

So here you see a good example

Ecco quindi un buon esempio

of how quantum computing can attain an advantage

di come l’informatica quantistica può risultare più efficiente

by performing computations in parallel worlds.

eseguendo calcoli in mondi paralleli.

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

Vi spiego come si usa, in pratica, un computer quantistico.

So here you see a program in Cirq,

Questo è un programma in Cirq,

or Python-based programming language to express quantum algorithms.

un linguaggio di programmazione basato su Python

per formulare algoritmi quantistici.

It looks like sheet music.

Sembra uno spartito.

Each line represents a qubit,

Ogni riga rappresenta un qubit

and each box represents an operation.

e ogni casella rappresenta un'operazione.

When I hit return,

Quando premo Invio,

then it gets transmitted to our data center

il comando è trasmesso al nostro data center

in Santa Barbara.

di Santa Barbara.

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

Qui potete vedere dal vivo un feed di una delle nostre macchine.

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

I nostri computer quantistici più potenti ora hanno più di 100 qubit.

There, the operations get translated into waveforms,

A questo punto, le operazioni sono tradotte in forme d’onda,

electrical pulses that control the qubits.

impulsi elettrici che controllano i qubit.

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

Vedete come modifico le forme d’onda modificando circuito.

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

Questo è un semplice circuito a due qubit che svolge una ricerca quantistica.

For the programmers among you,

Se ci sono qui dei programmatori,

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

noteranno che trovo un elemento in un database di quattro elementi

by only doing a single call to the database.

effettuando un’unica chiamata al database,

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

cosa che non si potrebbe fare su un normale computer.

So what can you do with quantum computers today?

Quindi cosa si puô fare con i computer quantistici odierni?

We have prepared interesting quantum states

Noi abbiamo preparato degli stati quantistici interessanti

and studied their properties.

e studiato le loro proprietà.

This has led to dozens of publications

Questo si è tradotto in decine di pubblicazioni

in high-impact journals like Nature or Science.

su riviste scientifiche di grande impatto come Nature o Science.

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

A me, però, piace vederlo come la creazione di piccole magie.

For example, one state we prepared

Uno di questi stati, ad esempio, si può descrivere

can be thought of as spawning a tiny traversable wormhole.

come la creazione di un minuscolo wormhole (cunicolo spaziotemporale) attraversabile

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

che può aiutarci a capire la fisica dei wormholes.

We can throw a qubit in

Possiamo iniettarci un qubit

and see how it reappears on the other side.

e vederlo riapparire dall’altra parte.

We made time crystals.

Abbiamo creato dei cristalli temporali -

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

bel nome, vero?

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

Voglio dire, a chi non piacerebbe avere un cristallo temporale all’orecchio?

Time crystals have amazing physical properties.

I cristalli temporali hanno proprietà fisiche incredibili.

They change periodically in time without ever exchanging energy

Cambiano periodicamente nel tempo senza mai scambiare energia

with the environment.

con l'ambiente.

That's the closest to a perpetual mobile

È la cosa più vicina a un moto perpetuo

that the laws of physics allow you to get.

che le leggi della fisica ci permettano di ottenere.

Or a final example, non-abelian anyons.

O, ultimo esempio, gli anioni non abeliani.

This is a mouthful,

È un termine complicato, è vero,

but these are systems that change the overall properties

si tratta di sistemi che modificano le proprietà complessive

when exchanging two identical parts,

quando si scambiano due parti identiche,

something humans have never seen before.

cosa mai vista prima nella storia dell’umanità.

Because envision a little house made of Lego bricks

Mi spiego: immaginatevi una casetta di mattoncini Lego

and envision swapping two bricks that look identical.

e immaginatevi di scambiare due mattoncini apparentemente identici.

In everyday life, you would not notice a difference,

Nella vita di tutti i giorni, non si noterebbe alcuna differenza,

but quantum physicists had predicted that systems can exist,

ma i fisici quantistici avevano previsto che potevano esistere dei sistemi

that exchange or change their properties

che si scambiano o modificano le loro proprietà

when you exchange two identical parts.

quando si scambiano due parti identiche.

To date, nobody has performed

Ad oggi, nessuno ha prodotto

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

un’applicazione pratica che possa essere eseguita solo su un computer quantistico,

Despite what you may have read in the press.

qualsiasi cosa abbiate letto sulla stampa.

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

Ma oggi ho il piacere di annunciarvi che stiamo completando la progettazione

of an algorithm that may lead to first commercial applications.

di un algoritmo che potrebbe portare alle prime applicazioni commerciali.

This quantum algorithm performs signal processing

Questo algoritmo quantistico esegue l’elaborazione di segnali

to enable new ways to detect and analyze molecules

per consentire nuovi modi di rilevare e analizzare molecole

using nuclear electronic spin spectroscopy.

utilizzando la spettroscopia dello spin elettronico-nucleare.

In time, this may lead to exciting consumer applications.

Questo potrebbe tradursi un giorno in preziose applicazioni d’uso generale.

Envision a device akin to an electronic nose

Immaginatevi di avere una specie di naso elettronico

in your phone or smart watch.

nel vostro telefono o nel vostro smartwatch.

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

Non sarebbe bello se il vostro telefono potesse avvisarvi

that you step into a room with dangerous viruses?

che entrate in un locale in cui ci sono virus pericolosi?

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

O se il vostro smartwatch potesse rilevare i radicali liberi nel sangue

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

e dirvi che è venuto il momento di bere il vostro succo di Acai,

or warn you of allergens in food

o segnalarvi gli allergeni nel cibo

or many other truly helpful use cases.

o molte altre cose davvero utili?

To unlock more applications,

Per aprire la strada a nuove applicazioni,

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

bisognerà creare un grande computer quantistico con correzione degli errori.

Here you see our road map.

Questa è la nostra road map

How to build a computer with a million physical qubits.

per la realizzazione di un computer con un milione di qubit fisici.

It consists of six milestones.

L’abbiamo divisa in sei tappe,

and we achieved already the first two.

e abbiamo già completato le prime due.

Prior to 2019,

Fino al 2019

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

nessuno aveva mai effettuato un calcolo che andasse aldilà

della computazione classica su un computer quantistico.

We were the first to demonstrate it.

Noi siamo stati i primi a dimostrare che era possibile.

Our chip could perform a computation

Il nostro chip poteva eseguire un calcolo

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

che avrebbe richiesto 10.000 anni al supercomputer più veloce dell’epoca.

But recently, we repeated this experiment.

Recentemente, poi, abbiamo ripetuto questo esperimento.

And now, Frontier, today's top supercomputer,

E adesso Frontier, il miglior supercomputer oggi esistente,

would need one billion years to perform this computation.

avrebbe bisogno di un miliardo di anni per eseguire quel calcolo.

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

Questa incredibile crescita della potenza di calcolo conferma la legge di Neven,

which says that the power of quantum computers will grow

secondo la quale la potenza dei computer quantistici

at a double exponential rate.

crescerà a un ritmo doppiamente esponenziale.

In 2023, we achieved the second milestone.

Nel 2023 abbiamo raggiunto la seconda tappa.

We demonstrated again for the first time

Abbiamo dimostrato, ancora una volta per primi,

that quantum error correction is a scalable technology.

che la correzione degli errori quantistici è una tecnologia scalabile.

Error correction sounds boring, but it's crucial.

Parlare di correzione degli errori

può suonare noioso, ma è fondamentale.

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

Oggi, le nostre operazioni a due qubit hanno un tasso di errore di 1 su 1.000.

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

Vale a dire che ogni 1.000 passaggi circa,

the quantum computer will crash.

il computer quantistico si blocca.

Per rimediare a questo problema,

To improve this,

we combine many physical qubits to a logical qubit

combiniamo molti qubit fisici in un qubit logico

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

in modo da ridurre il tasso di errore a uno su un miliardo, o anche meno.

We are about halfway through our road map,

Siamo circa a metà della nostra road map

and we are optimistic that we will complete it

e contiamo di poterla portare a termine

before the end of this decade.

entro la fine di questa decade.

We have done analytical and numerical studies

Abbiamo condotto studi analitici e numerici

to predict which algorithms will be impactful

per prevedere quali algoritmi potranno avere più impatto

on such a large quantum computer.

su un computer quantistico di queste dimensioni.

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

Una classe di applicazioni che ci piace e che chiamiamo l’app pigliatutto di Feynman

is the simulation of systems where quantum effects are important.

è la simulazione di sistemi in cui gli effetti quantistici sono rilevanti.

This is relevant for designing more effective,

Questo è importante per progettare farmaci più efficaci e più mirati.

more targeted medicines.

Specifically, we have worked with a pharmaceutical company

Nello specifico, abbiamo collaborato con un'azienda farmaceutica

on algorithms to describe cytochrome P450.

su algoritmi per descrivere il citocromo P450.

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

Questo gruppo di enzimi metabolizza il 75% circa dei farmaci che assumiamo.

Or the design of lighter, faster-charging batteries

O per progettare batterie più leggere e a ricarica più rapida

that can hold a larger charge for electric cars

in grado di assorbire una carica maggiore per le auto elettriche

or even electric airplanes.

o anche per gli aeroplani elettrici.

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

O per accelerare la progettazione di reattori a fusione

per contribuire a frenare il cambiamento climatico,

arguably humanity's most urgent challenge.

indubbiamente il problema più immediato per l’umanità.

A recent result is a novel algorithm

Un risultato recente è un nuovo algoritmo

that delivers significant speed up for optimization.

che permette di accelerare in modo significativo l’ottimizzazione.

This is a big deal

Questo è un grande passo avanti

because optimization problems are ubiquitous

perché i problemi di ottimizzazione sono onnipresenti

in engineering, finance or machine learning.

nell’ingegneria, nella finanza o nel machine learning.

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

Possiamo pensare a questo risultato dicendo che in futuro,

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

quando un’IA giocherà a scacchi o a Go contro l’IA quantistica,

the quantum AI will win.

l’IA quantistica la batterà.

This result shows that quantum computers

Questo risultato dimostra che i computer quantistici

will become a must-have capability

diventeranno un elemento irrinunciabile

to serve foundational computational tasks.

per svolgere compiti computazionali essenziali.

I'm also very interested in the intersection of physics

Io sono molto interessato

anche all’intersezione tra fisica e neurobiologia.

and neurobiology.

Quantum information science

La scienza dell'informazione quantistica

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

può consentirci di rispondere a una delle domande più profonde dell’umanità:

What creates conscious experience?

che cosa crea l’esperienza cosciente?

An attractive conjecture is that consciousness

Una congettura interessante è che la coscienza

is how we experience the emergence

sia il modo in cui sperimentiamo

of a single classical world

l’emergere di un singolo mondo classico

out of the many the multiverse is composed of.

tra i tanti mondi che compongono il multiverso.

With academic collaborators,

Con i miei collaboratori del mondo accademico,

I have started a program to experimentally test this conjecture

ho avviato un programma per testare sperimentalmente questa congettura

using methods of quantum neurobiology.

usando i metodi della neurobiologia quantistica.

If our conjecture is correct,

Se la nostra congettura è corretta,

this would allow us to expand human consciousness in space,

questo ci consentirebbe di espandere la consapevolezza umana

time and complexity.

in termini di spazio, tempo e complessità.

In conclusion,

In conclusione,

we are making steady progress

continuiamo a procedere

towards building the world's first useful quantum computer

verso la costruzione del primo computer quantistico utile al mondo

and applying its enormous power to important challenges.

e l’applicazione del suo enorme potenziale a sfide importanti.

A quantum computer will be a gift to future generations,

Un computer quantistico sarà un dono per le generazioni future,

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

cui offrirà un nuovo strumento per risolvere problemi oggi insolubili.

Thank you.

Grazie.

(Applause)

(Applausi)