A beginner's guide to quantum computing | Shohini Ghose

תרגום: Roni Weisman עריכה: Shlomo Adam

Let's play a game.

הבה נשחק משחק.

Imagine that you are in Las Vegas,

דמיינו שאתם בלאס-וגאס,

in a casino,

בקזינו,

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

ואתם מחליטים לשחק במשחק על אחד ממחשבי הקזינו,

just like you might play solitaire or chess.

בדיוק כמו שהייתם משחקים סוליטייר או שחמט.

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

המחשב יכול לבצע מהלכים במשחק, בדיוק כמו שחקן אנושי.

This is a coin game.

זהו משחק מטבע.

It starts with a coin showing heads,

הוא מתחיל במטבע המוצג במצב עץ,

and the computer will play first.

ועל המחשב לעשות את המהלך הראשון.

It can choose to flip the coin or not,

הוא יכול לבחור בין האפשרות להטיל את המטבע או לא,

but you don't get to see the outcome.

אבל אתם אינכם יכולים לראות את התוצאה.

Next, it's your turn.

אחר כך מגיע תורכם.

You can also choose to flip the coin or not,

אתם יכולים לבחור בין האפשרות להטיל את המטבע או לא,

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

והמהלך שלכם לא ייחשף בפני היריב שלכם, המחשב.

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

לבסוף, המחשב משחק שוב, ויכול להטיל את המטבע או לא,

and after these three rounds,

ולאחר שלושת הסיבובים הללו,

the coin is revealed,

נחשף המטבע,

and if it is heads, the computer wins,

ואם הוא על צד עץ, המחשב ניצח,

if it's tails, you win.

ואם הוא על צד פלי, אתם ניצחתם.

So it's a pretty simple game,

אז זהו משחק פשוט למדי,

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

ואם כולם משחקים באופן הוגן, והמטבע חוקי,

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

אז יש לכם 50 אחוז סיכוי לנצח במשחק הזה.

And to confirm that,

וכדי לוודא זאת,

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

ביקשתי מהסטודנטים שלי לשחק במשחק הזה על המחשבים שלנו,

and after many, many tries,

ולאחר הרבה, הרבה נסיונות,

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

היה שעור הנצחונות שלהם 50 אחוזים, או קרוב ל-50 אחוז,

as expected.

כצפוי.

Sounds like a boring game, right?

נשמע כמו משחק משעמם, נכון?

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

אבל מה אם יכולתם לשחק במשחק הזה על מחשב קוונטי?

Now, Las Vegas casinos do not have quantum computers,

טוב, אז אין מחשבים קוונטיים בבתי הקזינו של לאס וגאס,

as far as I know,

עד כמה שידוע לי,

but IBM has built a working quantum computer.

אבל חברת איי-בי-אם בנתה מחשב קוונטי עובד.

Here it is.

הנה הוא.

But what is a quantum computer?

אבל מהו מחשב קוונטי?

Well, quantum physics describes

ובכן, הפיזיקה הקוונטית מתארת

the behavior of atoms and fundamental particles,

את ההתנהגות של האטומים והחלקיקים הבסיסיים,

like electrons and photons.

כגון האלקטרונים והפוטונים.

So a quantum computer operates

מחשב קוונטי פועל

by controlling the behavior of these particles,

בכך שהוא שולט על ההתנהגות של חלקיקים אלה,

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

אבל בדרך שונה לגמרי מהמחשבים הרגילים שלנו.

So a quantum computer is not just a more powerful version

לכן מחשב קוונטי אינו סתם גירסה חזקה יותר

of our current computers,

של המחשבים בני זמננו,

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

ממש כמו שנורת חשמל איננה גירסה חזקה יותר של נר.

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

אינכם יכולים לבנות נורת חשמל ע"י שיפור מתמשך של נרות.

A light bulb is a different technology,

נורת חשמל היא טכנולוגיה שונה,

based on deeper scientific understanding.

המבוססת על הבנה מדעית עמוקה יותר.

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

באופן דומה, מחשב קוונטי הוא התקן מסוג חדש,

based on the science of quantum physics,

המבוסס על מדע הפיזיקה הקוונטית,

and just like a light bulb transformed society,

ובדיוק כמו שנורת החשמל גרמה לשינוי מהותי בחברה האנושית,

quantum computers have the potential to impact

כך יש למחשבים הקוונטיים את הפוטנציאל

להשפיע על היבטים רבים בחיינו,

so many aspects of our lives,

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

כולל צרכי אבטחת המידע שלנו, מערכת הבריאות ואפילו על האינטרנט.

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

ולכן חברות בכל רחבי העולם עובדות על בניית ההתקנים האלו,

and to see what the excitement is all about,

וכדי לראות על מה כל ההתרגשות,

let's play our game on a quantum computer.

הבה נשחק במשחק שלנו על מחשב קוונטי.

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

אני יכולה להכנס למחשב הקוונטי של איי-בי-אם מכאן,

which means I can play the game remotely,

מה שאומר שאני יכולה לשחק במשחק מרחוק,

and so can you.

וכך יכולים גם אתם.

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

לשם כך, אולי אתם זוכרים שקיבלתם מראש דוא"ל מ-TED,

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

השואל אתכם האם תבחרו להטיל את המטבע או לא,

if you played the game.

במידה ותשחקו במשחק.

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

למעשה, ביקשנו מכם לבחור בין עיגול לריבוע.

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

לא ידעתם את זה, אבל בחירת עיגול משמעותה היתה "להטיל את המטבע",

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

ובחירת ריבוע משמעותה היתה "לא להטיל את המטבע."

We received 372 responses.

קיבלנו 372 תגובות.

Thank you.

תודה רבה.

That means we can play 372 games against the quantum computer

זה אומר שאנחנו יכולים לשחק 372 סיבובים נגד המחשב הקוונטי

using your choices.

תוך שימוש בבחירות שלכם.

And it's a pretty fast game to play,

אפשר לשחק את המשחק מהר מאד,

so I can show you the results right here.

ואני יכולה להציג לכם את התוצאות פה ומיד.

Unfortunately, you didn't do very well.

לרוע המזל, ההצלחה שלכם היתה זעומה.

(Laughter)

(צחוק)

The quantum computer won almost every game.

המחשב הקוונטי ניצח כמעט בכל פעם.

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

הוא הפסיד כמה פעמים רק בגלל שגיאות תפעוליות של המחשב.

(Laughter)

(צחוק)

So how did it achieve this amazing winning streak?

אז איך הוא השיג את רצף הנצחונות המדהים הזה?

It seems like magic or cheating,

זה נראה כמו קסם או מעשה רמייה,

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

אבל למעשה, זוהי רק פיזיקה קוונטית בפעולה.

Here's how it works.

הנה ההסבר כיצד זה עובד.

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

מחשב רגיל מדמה את שני צדי המטבע בסיביות:

a zero or a one,

אפס או אחת,

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

כך גם הטלת או אי הטלת מטבע, בשבב המחשב.

A quantum computer is completely different.

המחשב הקוונטי שונה לחלוטין.

A quantum bit has a more fluid, nonbinary identity.

לסיבית קוונטית יש זהות נזילה יותר, ולא-בינארית.

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

היא יכולה להתקיים ב"סופרפוזיציה", או צירוף של אפס ואחד,

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

עם הסתברות כלשהי להיות באפס והסתברות כלשהי להיות במצב אחד.

In other words, its identity is on a spectrum.

במלים אחרות, הזהות שלה מתקיימת על ספקטרום.

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

לדוגמה, יכולה להיות הסתברות של 70 אחוז שהיא באפס

and a 30 percent chance of being one

ו-30 אחוז שהזהות שלה היא אחד

or 80-20 or 60-40.

או 80-20 או 60-40.

The possibilities are endless.

מרחב האפשרויות הוא אינסופי.

The key idea here

הרעיון העיקרי כאן

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

הוא שצריך לוותר על ערכים מדוייקים של אפס או אחד

and allow for some uncertainty.

ולהתיר מידה מסויימת של חוסר-ודאות.

So during the game,

במהלך המשחק,

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

יוצר המחשב הקוונטי את הצירוף הנזיל הזה של צירופי עץ ופלי,

zero and one,

של אפס או אחד,

so that no matter what the player does,

כך שלא משנה מה ייבחר השחקן,

flip or no flip,

הטלת מטבע או אי הטלתה,

the superposition remains intact.

מצב הסופרפוזיציה נשאר כפי שהוא.

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

הדבר דומה לבחישה של שני נוזלים בתערובת.

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

לא משנה אם תבחשו או לא, הנוזלים נשארים בתערובת,

but in its final move,

אבל במהלך הסופי שלו,

the quantum computer can unmix the zero and one,

המחשב הקוונטי יודע לבטל את הערבול של אפס ואחד,

perfectly recovering heads so that you lose every time.

ולשחזר באופן מושלם את מצבי העץ כך שתמיד תפסידו.

(Laughter)

(צחוק)

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

אם אתם חושבים שזה קצת מוזר, אתם בהחלט צודקים.

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

מטבעות רגילים אינם נמצאים בצירוף של מצבי עץ ופלי.

We do not experience this fluid quantum reality

אנו איננו חוווים את המציאות הקוונטית הנזילה הזאת

in our everyday lives.

בחיי היומיום שלנו.

So if you are confused by quantum,

אז אם אתם חשים מבולבלים מהקוואנטום,

don't worry, you're getting it.

אל תדאגו, זה סימן שאתם מתחילים לתפוס את זה.

(Laughter)

(צחוק)

But even though we don't experience quantum strangeness,

אבל אפילו שאנו לא חוווים את המוזרות הקוונטית,

we can see its very real effects in action.

אנחנו יכולים לראות את התופעות הממשיות מאד שלה בפעולה.

You've seen the data for yourself.

ראיתם בעצמכם את הנתונים.

The quantum computer won

המחשב הקוונטי ניצח

because it harnessed superposition and uncertainty,

מכיוון שהוא רתם את הסופרפוזיציה ואת חוסר-הוודאות,

and these quantum properties are powerful,

ותכונות קוונטיות אלה הן מלאות עוצמה,

not just to win coin games,

ושימושיות לא רק כדי לנצח במשחקי מטבע,

but also to build future quantum technologies.

אלא גם בבניית טכנולוגיות קוונטיות עתידיות.

So let me give you three examples of potential applications

הרשו לי להציג לכם שלוש דוגמאות של שימושים אפשריים

that could change our lives.

שעשויים לשנות את חיינו.

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

ראשית, חוסר-הוודאות הקוונטית יכולה לשמש ביצירת מפתחות פרטיים

for encrypting messages sent from one location to another

להצפנת הודעות הנשלחות ממקום אחד לשני

so that hackers could not secretly copy the key perfectly,

באופן שפצחנים לא יוכלו להעתיק בסתר את המפתח בצורה מושלמת,

because of quantum uncertainty.

הודות לחוסר-הוודאות הקוונטית.

They would have to break the laws of quantum physics

יהיה עליהם להפר את חוקי הפיזיקה הקוונטית

to hack the key.

כדי לפצח את המפתח.

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

סוג כזה של הצפנה חסינת-פיצוח כבר נבדק ע"י בנקים

and other institutions worldwide.

ומוסדות אחרים ברחבי העולם.

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

כיום, אנו עושים שימוש ביותר מ-17 מיליארד התקנים מקושרים בעולם.

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

אז תארו לעצמכם את ההשפעה העצומה שיכולה להיות להצפנה קוונטית בעתיד.

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

שנית, טכנולוגיות קוונטיות יכולות לשנות לחלוטין

את מערכת הבריאות ותעשיית התרופות.

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

לדוגמה, התכנון והניתוח של מולקולות המשמשות לפיתוח תרופות

is a challenging problem today,

הם כיום בעייה קשה,

and that's because exactly describing and calculating

וזאת משום שתיאור וחישוב מדוייקים

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

של כל התכונות הקוונטיות של כל האטומים במולקולה

is a computationally difficult task, even for our supercomputers.

הינם משימות חישוביות קשות, אפילו עבור מחשבי-העל שלנו.

But a quantum computer could do better,

אבל מחשב קוונטי מסוגל להרבה יותר,

because it operates using the same quantum properties

כיוון שהוא פועל תוך שימוש באותן תכונות קוונטיות

as the molecule it's trying to simulate.

כמו המולקולה אותה הוא מנסה לדמות.

So future large-scale quantum simulations for drug development

לכן, הדמיות קוונטיות בקנה מידה רחב עבור פיתוח תרופות

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

עשויות אולי להוביל למציאת טיפולים עבור מחלות כמו אלצהיימר,

which affects thousands of lives.

אשר פוגעת בחיי אלפים.

And thirdly, my favorite quantum application

והדוגמה השלישית, השימוש החביב עלי של הפיזיקה הקוונטית,

is teleportation of information from one location to another

הוא טלפורטציה של מידע ממקום אחד לאחר

without physically transmitting the information.

מבלי לשדר את המידע באופן פיזי.

Sounds like sci-fi, but it is possible,

נשמע כמו מדע בדיוני, אבל זה אפשרי,

because these fluid identities of the quantum particles

מכיוון שהזהויות הבלתי-מוגדרות של החלקיקים הקוונטיים

can get entangled across space and time

יכולות לבצע שזירה במרחב ובזמן

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

בדרך כזו שכאשר אתם משנים משהו בחלקיק אחד,

it can impact the other,

זה יכול להשפיע על האחר,

and that creates a channel for teleportation.

וזה יוצר ערוץ טלפורטציה.

It's already been demonstrated in research labs

הדבר כבר הודגם במעבדות מחקר

and could be part of a future quantum internet.

ויכול לשמש כנדבך ברשת אינטרנט קוונטית עתידית.

We don't have such a network as yet,

אין לנו עדיין רשת כזאת,

but my team is working on these possibilities,

אבל הצוות שלי עובד על האפשרויות האלו,

by simulating a quantum network on a quantum computer.

ע"י הדמייה של רשת קוונטית על גבי מחשב קוונטי.

So we have designed and implemented some interesting new protocols

אנחנו תיכננו ומימשנו כמה פרוטוקולים חדשים ומעניינים

such as teleportation among different users in the network

כגון טלפורטציה בין משתמשים שונים ברשת,

and efficient data transmission

תמסורת מידע יעילה

and even secure voting.

ואפילו הצבעת בחירות מאובטחת-מידע.

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

אז אני נהנית מאד להיות פיזיקאית קוונטית.

I highly recommend it.

אני ממליצה על זה בפה מלא.

(Laughter)

(צחוק)

We get to be explorers in a quantum wonderland.

אנו זוכים להיות מגליה של ארץ-פלאות קוונטית.

Who knows what applications we will discover next.

מי יודע אילו שימושים נגלה בעתיד.

We must tread carefully and responsibly

עלינו להתקדם בזהירות ובאחריות

as we build our quantum future.

בבניית העתיד הקוונטי שלנו.

And for me, personally,

ועבורי באופן אישי,

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

אינני רואה את הפיזיקה הקוונטית רק ככלי שמיועד לבניית מחשבים קוונטיים.

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

אני רואה במחשבים הקוונטיים אמצעי עבורנו לגילוי המסתורין של הטבע

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

ולחשיפת עוד ועוד מאותו עולם נסתר שמחוץ לחוויות שלנו.

How amazing that we humans,

כמה מדהים זה שאנו בני האדם,

with our relatively limited access to the universe,

עם הגישה המוגבלת יחסית שלנו ליקום,

can still see far beyond our horizons

יכולים בכל זאת לראות הרחק מעבר לאופקינו

just using our imagination and our ingenuity.

רק בעזרת הדמיון שלנו וכוח ההמצאה שלנו.

And the universe rewards us

והיקום גומל לנו בחזרה

by showing us how incredibly interesting and surprising it is.

בכך שהוא מראה לנו עד כמה הוא מעניין ומפתיע.

The future is fundamentally uncertain,

העתיד מיסודו אינו ודאי,

and to me, that is certainly exciting.

ועבורי, זה ללא ספק מלהיב.

Thank you.

תודה רבה.

(Applause)

(מחיאות כפיים)