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

תרגום: Nada Khalid עריכה: zeeva livshitz

I'm Hartmut, I lead Google Quantum AI.

שמי הרטמוט, ואני מנהל בינה מלאכותית קוונטית ב“גוגל“.

I have been working on quantum computing since 2012.

אני עובד על מחשוב קוונטי מאז 2012.

And let me tell you why this is so intriguing.

ותנו לי לספר לכם למה זה כל כך מסקרן.

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

המחשבים של ימינו, כמו המחשב הנייד או השרת במרכז הנתונים של “גוגל“,

operate on the binary logic of zeros and ones.

פועלים בלוגיקה הבינארית של אפסים ואחדות.

A quantum computer like this one replaces the binary logic

מחשב קוונטי כמו זה מחליף את הלוגיקה הבינארית

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

וחוקי הפיזיקה הקוונטית מאפשרים לו לבצע פעולות חזקות יותר,

allowing it to perform certain computations with way fewer steps.

ולבצע חישובים מסוימים בהרבה פחות שלבים.

So where does this superpower come from?

אז מניין מגיע כוח-העל הזה?

Quantum computing is the first technology

מחשוב קוונטי הוא הטכנולוגיה הראשונה

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

שלוקחת ברצינות את הרעיון שאנחנו חיים ביקום מקביל.

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

ניתן לראות זאת כעיבוד חישובים ליקומים מקבילים

Let me explain.

תנו לי להסביר.

In quantum physics,

בפיזיקה הקוונטית,

the key mathematical object

האובייקט המתמטי המרכזי

to describe many worlds is called superposition.

לתיאור עולמות רבים נקרא סופרפוזיציה.

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

כדי להבין מה זה, בואו נסתכל על המערכת הפשוטה הזו.

You just need three bits to describe it.

אתם רק צריכים שלושה ביטים כדי לתאר את זה.

Each coin is a two-state system.

כל מטבע הוא מערכת של שני מצבים.

Heads or tails,

ראשים או זנבות,

zero or one.

אפס או אחד.

We look at a start state.

אנו מסתכלים על מצב התחלה.

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

אם הייתי יודע אילו כוחות פועלים על המערכת,

then I can predict its trajectory and future states.

אז אוכל לחזות את מסלולו ומצבים עתידיים.

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

כך אנו חושבים בפיזיקה הקלאסית וגם בחיי היומיום.

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

אבל אם הייתם מתייחסים לזה כאל מערכת קוונטית,

then it can branch into many configurations simultaneously.

אז היא יכולה להסתעף לתצורות רבות בו זמנית.

And we have to keep track of all those trajectories,

ועלינו לעקוב אחר כל המסלולים האלה,

interfere them to make an accurate prediction

להפריע להם כדי לחזות במדויק

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

אילו מצבים אנו הולכים לראות בעתיד.

So the equations of quantum mechanics

אז המשוואות של מכניקת הקוונטים

tell us that at any time, any object,

אומרות לנו שבכל עת, כל אובייקט,

myself or the world at large,

אני או העולם בכלל,

exists in a superposition of many configurations.

קיים בסופרפוזיציה של תצורות רבות.

Intriguingly, look around in this room.

באופן מסקרן, תסתכלו מסביב בחדר הזה.

We are forming a configuration too.

אנחנו גם יוצרים תצורה.

And the equations of quantum physics would suggest

והמשוואות של הפיזיקה הקוונטית

that we sit in different arrangements in different worlds.

יציעו לנו לשבת בסידורים שונים בעולמות שונים.

This superpower can be applied to computation.

מעצמת-על זו יכולה להיות מיושמת על חישוב.

Picture a search task.

דמיינו משימת חיפוש.

By envisioning a very tall closet with a million drawers,

בכך שאני מדמיין ארון גבוה מאוד עם מיליון מגירות,

I place an item in one of the drawers.

אני מניח פריט באחת המגירות.

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

כמה מגירות אתם צריכים לפתוח כדי למצוא את הפריט?

In average it will be half a million,

בממוצע זה יהיה חצי מיליון,

but if you had access to a quantum algorithm,

אבל אם הייתה לכם גישה לאלגוריתם קוונטי,

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

זה יהיה רק 1,000 צעדים כדי למצוא את הפריט.

How in the world can this be?

איך לכל הרוחות זה יכול להיות?

Indeed, it cannot be in a single world.

ואכן, זה לא יכול להיות בעולם אחד.

So here you see a good example

אז כאן אתם רואים דוגמה טובה

of how quantum computing can attain an advantage

לאופן שבו מיחשוב קוונטי יכול להשיג יתרון

by performing computations in parallel worlds.

על ידי ביצוע חישובים בעולמות מקבילים.

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

תנו לי להראות לכם כיצד להשתמש במחשב קוונטי בפועל.

So here you see a program in Cirq,

אז כאן אתם רואים תוכנה ב- Cirq,

or Python-based programming language to express quantum algorithms.

או שפת תכנות מבוססת פייתון לביטוי אלגוריתמים קוונטיים.

It looks like sheet music.

זה נראה כמו תווים.

Each line represents a qubit,

כל שורה מייצגת קיוביט,

and each box represents an operation.

וכל תיבה מייצגת פעולה.

When I hit return,

כשאני לוחץ על חזרה,

then it gets transmitted to our data center

אז זה מועבר למרכז הנתונים שלנו

in Santa Barbara.

בסנטה ברברה.

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

כאן אתם באמת רואים עדכון חי של אחת המכונות שלנו.

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

למעשה, למחשבים הקוונטיים החזקים ביותר שלנו יש כיום מעל 100 קיוביטים.

There, the operations get translated into waveforms,

שם, הפעולות מתורגמות לצורות גל,

electrical pulses that control the qubits.

פולסים חשמליים השולטים בקיוביטים.

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

אתם רואים איך צורות הגל משתנות כשאני משנה את המעגל.

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

אז זהו מעגל פשוט של שני קיוביטים המבצע חיפוש קוונטי.

For the programmers among you,

עבור המתכנתים שביניכם,

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

שימו לב כיצד אני מוצא פריט אחד במסד נתונים של ארבעה

by only doing a single call to the database.

על ידי ביצוע קריאה אחת בלבד למסד הנתונים.

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

זה משהו שאתם לא יכולים לעשות במחשב רגיל.

So what can you do with quantum computers today?

אז מה אתם יכולים לעשות עם מחשבים קוונטיים היום?

We have prepared interesting quantum states

הכנו מצבים קוונטיים מעניינים

and studied their properties.

ולמדנו את תכונותיהם.

This has led to dozens of publications

זה הוביל לעשרות פרסומים

in high-impact journals like Nature or Science.

בכתבי עת בעלי השפעה רבה כמו Nature or Science.

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

למעשה, אני אוהב לחשוב על זה כעל יצירת פיסות קסם קטנות.

For example, one state we prepared

לדוגמה, מצב אחד שהכנו

can be thought of as spawning a tiny traversable wormhole.

יכול להיחשב כהולדת חור תולעת זעיר שניתן לחצייה.

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

אנחנו יכולים להשתמש בו כדי ללמוד על הפיזיקה של חורי תולעת.

We can throw a qubit in

אנחנו יכולים לזרוק קיוביט פנימה

and see how it reappears on the other side.

ולראות איך הוא מופיע שוב בצד השני.

We made time crystals.

יצרנו גבישי זמן.

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

זו מילה מגניבה, לא?

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

כאילו, מי לא רוצה שיהיה לו קריסטל זמן כעגיל?

Time crystals have amazing physical properties.

לגבישי זמן יש תכונות פיזיקליות מדהימות.

They change periodically in time without ever exchanging energy

הם משתנים מעת לעת בזמן מבלי להחליף אנרגיה

with the environment.

עם הסביבה.

That's the closest to a perpetual mobile

זה הכי קרוב לנייד תמידי

that the laws of physics allow you to get.

שחוקי הפיזיקה מאפשרים לכם להשיג.

Or a final example, non-abelian anyons.

או דוגמה אחרונה, אניונים לא אבליים.

This is a mouthful,

זה פה מלא,

but these are systems that change the overall properties

אבל אלה מערכות שמשנות את התכונות הכוללות

when exchanging two identical parts,

בעת החלפת שני חלקים זהים,

something humans have never seen before.

דבר שבני אדם מעולם לא ראו קודם.

Because envision a little house made of Lego bricks

כי דמיינו בית קטן עשוי לבני לגו

and envision swapping two bricks that look identical.

ודמיינו החלפת שתי לבנים שנראות זהות.

In everyday life, you would not notice a difference,

בחיי היומיום, לא הייתם מבחינים בהבדל,

but quantum physicists had predicted that systems can exist,

אבל פיזיקאים קוונטיים ניבאו שמערכות יכולות להתקיים,

that exchange or change their properties

שמחליפות או משנות את תכונותיהן

when you exchange two identical parts.

כאשר מחליפים שני חלקים זהים.

To date, nobody has performed

עד כה, אף אחד לא ביצע

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

יישום מעשי שניתן לעשות רק במחשב קוונטי.

Despite what you may have read in the press.

למרות מה שאולי קראתם בעיתונות.

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

אבל היום, אני נרגש לומר לכם שאנחנו משלימים את העיצוב

of an algorithm that may lead to first commercial applications.

של אלגוריתם שעשוי להוביל ליישומים מסחריים ראשונים.

This quantum algorithm performs signal processing

אלגוריתם קוונטי זה מבצע עיבוד אותות

to enable new ways to detect and analyze molecules

כדי לאפשר דרכים חדשות לזהות ולנתח מולקולות

using nuclear electronic spin spectroscopy.

באמצעות ספקטרוסקופיית ספין אלקטרונית גרעינית.

In time, this may lead to exciting consumer applications.

עם הזמן, זה עשוי להוביל ליישומי צרכנים מרגשים.

Envision a device akin to an electronic nose

דמיינו מכשיר הדומה לאף אלקטרוני

in your phone or smart watch.

בטלפון או בשעון החכם שלכם.

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

האם זה לא יהיה מדהים אם הטלפון שלכם יכול להזהיר אתכם

that you step into a room with dangerous viruses?

שאתם נכנסים לחדר עם וירוסים מסוכנים?

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

או אם השעון החכם שלכם יכול לזהות רדיקלים חופשיים בזרם הדם שלכם

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

ולהגיד לכם שהגיע הזמן לשתות את מיץ האסאי שלך,

or warn you of allergens in food

או להזהיר אותך מפני אלרגנים במזון

or many other truly helpful use cases.

או מקרי שימוש רבים אחרים מועילים באמת.

To unlock more applications,

כדי לבטל את הנעילה של יישומים נוספים,

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

יהיה עליכם לבנות מחשב קוונטי גדול שתוקן משגיאות.

Here you see our road map.

כאן אתם רואים את מפת הדרכים שלנו.

How to build a computer with a million physical qubits.

איך לבנות מחשב עם מיליון קיוביטים פיזיים.

It consists of six milestones.

זה מורכב משש אבני דרך.

and we achieved already the first two.

וכבר השגנו את השניים הראשונים.

Prior to 2019,

לפני 2019,

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

איש לא הראה חישוב מעבר לקלאסי במחשב קוונטי.

We were the first to demonstrate it.

היינו הראשונים להדגים את זה.

Our chip could perform a computation

השבב שלנו יכול לבצע חישוב

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

שמחשב-העל המהיר דאז היה צריך 10,000 שנה כדי לעשות.

But recently, we repeated this experiment.

אבל לאחרונה חזרנו על הניסוי הזה.

And now, Frontier, today's top supercomputer,

ועכשיו, Frontier, מחשב העל המוביל של ימינו,

would need one billion years to perform this computation.

יזדקק למיליארד שנים כדי לבצע את החישוב הזה.

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

צמיחה דרמטית זו בכוח המחשוב מאששת את "חוק נבן",

which says that the power of quantum computers will grow

האומר כי כוחם של מחשבים קוונטיים יגדל

at a double exponential rate.

בקצב אקספוננציאלי כפול.

In 2023, we achieved the second milestone.

בשנת 2023 השגנו את אבן הדרך השנייה.

We demonstrated again for the first time

הדגמנו שוב בפעם הראשונה

that quantum error correction is a scalable technology.

שתיקון שגיאות קוונטיות הוא טכנולוגיה ניתנת להרחבה.

Error correction sounds boring, but it's crucial.

תיקון שגיאות נשמע משעמם, אבל זה קריטי.

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

כיום, לפעולות הדו-קיוביט שלנו יש שיעור שגיאות של 1 ב-1,000.

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

זה אומר שבכל 1,000 צעדים בערך,

the quantum computer will crash.

המחשב הקוונטי יקרוס.

To improve this,

כדי לשפר זאת,

we combine many physical qubits to a logical qubit

אנו משלבים קיוביטים פיזיים רבים לקיוביט לוגי

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

כדי להפחית את שיעור השגיאות ל -1 למיליארד או אפילו פחות.

We are about halfway through our road map,

אנחנו בערך באמצע מפת הדרכים שלנו,

and we are optimistic that we will complete it

ואנחנו אופטימיים שנשלים אותה

before the end of this decade.

לפני סוף העשור הזה.

We have done analytical and numerical studies

עשינו מחקרים אנליטיים ומספריים

to predict which algorithms will be impactful

כדי לחזות אילו אלגוריתמים ישפיעו

on such a large quantum computer.

על מחשב קוונטי כה גדול.

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

סוג של יישומים שאנחנו אוהבים ואנחנו קוראים לו אפליקציית Feynman's killer,

is the simulation of systems where quantum effects are important.

היא הסימולציה של מערכות שבהן השפעות קוונטיות חשובות.

This is relevant for designing more effective,

זה רלוונטי לעיצוב תרופות יעילות

more targeted medicines.

וממוקדות יותר.

Specifically, we have worked with a pharmaceutical company

באופן ספציפי, עבדנו עם חברת תרופות

on algorithms to describe cytochrome P450.

על אלגוריתמים לתיאור ציטוכרום P450.

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

קבוצת אנזימים זו מבצעת חילוף חומרים של כ -75 אחוז מהתרופות שאנו נוטלים.

Or the design of lighter, faster-charging batteries

או עיצוב סוללות קלות יותר ובעלות טעינה מהירה יותר

that can hold a larger charge for electric cars

שיכולות להחזיק מטען גדול יותר עבור מכוניות חשמליות

or even electric airplanes.

או אפילו מטוסים חשמליים.

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

או לזרז את העיצוב של כורי היתוך כדי לסייע בשינויי אקלים,

arguably humanity's most urgent challenge.

ללא ספק האתגר הדחוף ביותר של האנושות.

A recent result is a novel algorithm

תוצאה אחרונה היא אלגוריתם חדשני

that delivers significant speed up for optimization.

המספק מהירות משמעותית לאופטימיזציה.

This is a big deal

זה עניין גדול

because optimization problems are ubiquitous

מכיוון שבעיות אופטימיזציה בעלות יכולת להימצא בכל מקום בו-זמנית

in engineering, finance or machine learning.

בהנדסה, מימון או למידת מכונה.

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

דרך לחשוב על תוצאה זו היא בעתיד,

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

כאשר AI ישחק שחמט או ילך נגד ה-AI הקוונטי,

the quantum AI will win.

ה- AI הקוונטי ינצח.

This result shows that quantum computers

תוצאה זו מראה כי מחשבים קוונטיים

will become a must-have capability

יהפכו ליכולת חובה

to serve foundational computational tasks.

לשרת משימות חישוביות בסיסיות.

I'm also very interested in the intersection of physics

אני גם מתעניין מאוד בצומת הפיזיקה

and neurobiology.

והנוירוביולוגיה.

Quantum information science

מדע המידע הקוונטי

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

עשוי לאפשר לנו לענות על אחת השאלות העמוקות ביותר של האנושות:

What creates conscious experience?

מה יוצר חוויה מודעת?

An attractive conjecture is that consciousness

השערה מושכת היא שהתודעה

is how we experience the emergence

היא האופן שבו אנו חווים את הופעתו

of a single classical world

של עולם קלאסי אחד

out of the many the multiverse is composed of.

מתוך הרבים שמהם מורכב הרב-יקום.

With academic collaborators,

עם משתפי פעולה אקדמיים,

I have started a program to experimentally test this conjecture

התחלתי תוכנית לבדיקת ניסוי השערה זו

using methods of quantum neurobiology.

באמצעות שיטות של נוירוביולוגיה קוונטית.

If our conjecture is correct,

אם ההשערה שלנו נכונה,

this would allow us to expand human consciousness in space,

הדבר יאפשר לנו להרחיב את התודעה האנושית במרחב,

time and complexity.

בזמן ובמורכבות.

In conclusion,

לסיכום,

we are making steady progress

אנו מתקדמים באופן קבוע

towards building the world's first useful quantum computer

לקראת בניית המחשב הקוונטי השימושי הראשון בעולם

and applying its enormous power to important challenges.

ומיישמים את כוחו העצום לאתגרים חשובים.

A quantum computer will be a gift to future generations,

מחשב קוונטי יהיה מתנה לדורות הבאים,

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

לתת להם כלי חדש לפתרון בעיות שכיום אינן פתירות.

Thank you.

תודה לכם.

(Applause)

(מחיאות כפיים)