A beginner's guide to quantum computing | Shohini Ghose

Tradutor: Maurício Kakuei Tanaka Revisor: Maricene Crus

Let's play a game.

Vamos jogar.

Imagine that you are in Las Vegas,

Imaginem que vocês estão em Las Vegas,

in a casino,

em um cassino,

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

e decidem jogar em um dos computadores de lá,

just like you might play solitaire or chess.

como se jogassem paciência ou xadrez.

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

O computador pode movimentar o jogo, assim como um jogador humano.

This is a coin game.

Esse é um jogo de cara ou coroa.

It starts with a coin showing heads,

Começa com uma moeda mostrando "cara",

and the computer will play first.

e o computador jogará primeiro.

It can choose to flip the coin or not,

Ele pode escolher virar a moeda ou não,

but you don't get to see the outcome.

mas vocês não conseguem ver o resultado.

Next, it's your turn.

A seguir, é a vez de vocês.

You can also choose to flip the coin or not,

Podem também escolher virar a moeda ou não,

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

e seu movimento não será revelado a seu adversário, o computador.

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

Finalmente, ele joga de novo e pode virar a moeda ou não,

and after these three rounds,

e, após essas três rodadas,

the coin is revealed,

a face é revelada:

and if it is heads, the computer wins,

se for "cara", o computador ganha;

if it's tails, you win.

se for "coroa", vocês ganham.

So it's a pretty simple game,

É um jogo muito simples,

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

e, se todos jogarem honestamente, e a moeda não estiver marcada,

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

vocês terão 50% de chance de ganhar o jogo.

And to confirm that,

Para confirmar isso,

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

pedi a meus alunos que fizessem esse jogo em nossos computadores,

and after many, many tries,

e, após inúmeras tentativas,

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

a taxa de vitória deles acabou sendo 50% ou próxima disso,

as expected.

conforme esperado.

Sounds like a boring game, right?

Parece um jogo chato, não é mesmo?

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

Mas, e se você pudesse fazer esse jogo em um computador quântico?

Now, Las Vegas casinos do not have quantum computers,

Os cassinos de Las Vegas não têm computadores quânticos,

as far as I know,

que eu saiba,

but IBM has built a working quantum computer.

mas a IBM fabricou um computador quântico que está em operação.

Here it is.

Aqui está.

But what is a quantum computer?

Mas, o que é um computador quântico?

Well, quantum physics describes

A física quântica descreve

the behavior of atoms and fundamental particles,

o comportamento dos átomos e das partículas fundamentais,

like electrons and photons.

como elétrons e fótons.

So a quantum computer operates

Um computador quântico opera controlando o comportamento dessas partículas,

by controlling the behavior of these particles,

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

mas de uma maneira totalmente diferente dos computadores comuns.

So a quantum computer is not just a more powerful version

Ele não é apenas uma versão mais poderosa de nossos computadores atuais,

of our current computers,

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

assim como uma lâmpada não é uma vela mais poderosa.

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

Não se pode fabricar uma lâmpada fazendo velas cada vez melhores.

A light bulb is a different technology,

Uma lâmpada tem uma tecnologia diferente,

based on deeper scientific understanding.

baseada em um conhecimento científico mais profundo.

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

De maneira semelhante, um computador quântico é um novo tipo de aparelho,

based on the science of quantum physics,

baseado na ciência da física quântica.

and just like a light bulb transformed society,

Assim como a lâmpada transformou a sociedade,

quantum computers have the potential to impact

os computadores quânticos têm o potencial de impactar

so many aspects of our lives,

inúmeros aspectos de nossa vida,

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

inclusive nossas necessidades de segurança,

nossa assistência médica e até mesmo a internet.

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

Empresas de todo o mundo estão trabalhando para fabricar esses aparelhos.

and to see what the excitement is all about,

Para entender do que se trata todo esse entusiasmo,

let's play our game on a quantum computer.

vamos jogar em um computador quântico.

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

Posso me conectar ao computador quântico da IBM daqui mesmo,

which means I can play the game remotely,

o que significa que posso jogar remotamente,

and so can you.

e vocês também.

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

Para isso acontecer, devem se lembrar de ter recebido um e-mail do TED

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

perguntando se vocês escolheriam virar a moeda ou não,

if you played the game.

caso tenham jogado.

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

Na verdade, pedimos que escolhessem entre um círculo e um quadrado.

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

Vocês não sabiam, mas sua escolha de círculo significava "virar a moeda";

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

sua escolha de quadrado, "não virar".

We received 372 responses.

Recebemos 372 respostas.

Thank you.

Obrigada.

That means we can play 372 games against the quantum computer

Isso significa que podemos ter 372 jogos contra o computador quântico

using your choices.

usando a escolha de vocês.

And it's a pretty fast game to play,

É um jogo muito rápido.

so I can show you the results right here.

Assim posso lhes mostrar os resultados aqui mesmo.

Unfortunately, you didn't do very well.

Infelizmente, vocês não se saíram muito bem.

(Laughter)

(Risos)

The quantum computer won almost every game.

O computador quântico venceu quase todos os jogos.

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

Perdeu alguns só por causa de erros operacionais.

(Laughter)

(Risos)

So how did it achieve this amazing winning streak?

Como foi que ele alcançou essa incrível série de vitórias?

It seems like magic or cheating,

Parece magia ou trapaça,

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

mas, na verdade, é apenas a física quântica em ação.

Here's how it works.

Eis como funciona.

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

Um computador comum simula o cara ou coroa de uma moeda como um bit,

a zero or a one,

de valor zero ou um,

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

ou uma corrente se ligando e desligando dentro do chip de seu computador.

A quantum computer is completely different.

Um computador quântico é totalmente diferente.

A quantum bit has a more fluid, nonbinary identity.

Um bit quântico tem uma identidade não binária mais fluida.

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

Pode existir em uma superposição, ou combinação de zero e um,

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

com alguma probabilidade de ser zero e alguma probabilidade de ser um.

In other words, its identity is on a spectrum.

Em outras palavras, a identidade dele está em um espectro.

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

Por exemplo, poderia haver uma chance de 70% de ser zero

and a 30 percent chance of being one

e de 30% de ser um,

or 80-20 or 60-40.

ou 80-20 ou 60-40.

The possibilities are endless.

As possibilidades são infinitas.

The key idea here

A ideia principal aqui

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

é que temos que desistir de valores precisos de zero e um

and allow for some uncertainty.

e permitir alguma incerteza.

So during the game,

Durante o jogo,

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

o computador quântico cria a combinação fluida de cara e coroa,

zero and one,

zero e um,

so that no matter what the player does,

de modo que, não importa o que o jogador faça,

flip or no flip,

vire ou não a moeda,

the superposition remains intact.

a superposição permanece intacta.

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

É como mesclar a mistura de dois fluidos.

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

Mescladas ou não, os fluidos permanecem em uma mistura,

but in its final move,

mas, no movimento final,

the quantum computer can unmix the zero and one,

o computador quântico pode desfazer a mistura de zero e um,

perfectly recovering heads so that you lose every time.

recuperando "cara" perfeitamente para que você perca sempre.

(Laughter)

(Risos)

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

Se acham isso um pouco estranho, estão absolutamente certos.

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

Moedas regulares não existem em combinações de cara e coroa.

We do not experience this fluid quantum reality

Não vivenciamos essa realidade quântica fluida

in our everyday lives.

em nossa vida cotidiana.

So if you are confused by quantum,

Se estão confusos com o quantum,

don't worry, you're getting it.

não se preocupem, vocês estão chegando lá.

(Laughter)

(Risos)

But even though we don't experience quantum strangeness,

Mas, mesmo não vivenciando a estranheza quântica,

we can see its very real effects in action.

podemos ver os efeitos muito reais dela em ação.

You've seen the data for yourself.

Vocês viram os dados por si mesmos.

The quantum computer won

O computador quântico venceu,

because it harnessed superposition and uncertainty,

porque aproveitou superposição e incerteza,

and these quantum properties are powerful,

e essas propriedades quânticas são poderosas,

not just to win coin games,

não apenas para vencer no cara ou coroa,

but also to build future quantum technologies.

mas também para construir futuras tecnologias quânticas.

So let me give you three examples of potential applications

Então, deixem-me dar três exemplos de possíveis aplicações

that could change our lives.

que podem mudar nossa vida.

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

Em primeiro lugar,

a incerteza quântica poderia ser usada para criar chaves privadas

for encrypting messages sent from one location to another

para criptografar mensagens enviadas de um local a outro

so that hackers could not secretly copy the key perfectly,

de modo que os hackers não pudessem copiar secretamente a chave com perfeição,

because of quantum uncertainty.

devido à incerteza quântica.

They would have to break the laws of quantum physics

Eles teriam que quebrar as leis da física quântica

to hack the key.

para "hackear" a chave.

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

Esse tipo de criptografia inquebrável já está sendo testado pelos bancos

and other institutions worldwide.

e por outras instituições em todo o mundo.

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

Atualmente, usamos mais de 17 bilhões de aparelhos conectados globalmente.

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

Imaginem o impacto que a criptografia quântica poderia ter no futuro.

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

Em segundo lugar, as tecnologias quânticas

também poderiam transformar a assistência médica e os medicamentos.

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

Por exemplo,

a concepção e a análise de moléculas para o desenvolvimento de medicamentos

is a challenging problem today,

é um problema que nos desafia hoje em dia,

and that's because exactly describing and calculating

porque descrever e calcular com exatidão

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

todas as propriedades quânticas de todos os átomos da molécula

is a computationally difficult task, even for our supercomputers.

é uma tarefa computacional difícil, mesmo para nossos supercomputadores.

But a quantum computer could do better,

Mas um computador quântico poderia fazer melhor,

because it operates using the same quantum properties

porque ele opera usando as mesmas propriedades quânticas

as the molecule it's trying to simulate.

da molécula que está tentando simular.

So future large-scale quantum simulations for drug development

Assim, simulações quânticas futuras em larga escala

para o desenvolvimento de medicamentos

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

talvez pudessem levar a tratamentos para doenças como o Alzheimer,

which affects thousands of lives.

que afeta milhares de vidas.

And thirdly, my favorite quantum application

E, em terceiro lugar, minha aplicação quântica favorita

is teleportation of information from one location to another

é o teletransporte de informações de um local a outro

without physically transmitting the information.

sem transmiti-las fisicamente.

Sounds like sci-fi, but it is possible,

Parece ficção científica, mas é possível,

because these fluid identities of the quantum particles

porque essas identidades fluidas das partículas quânticas

can get entangled across space and time

podem ficar presas no espaço e no tempo

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

de tal maneira que, quando mudamos algo sobre uma partícula,

it can impact the other,

ela pode impactar a outra,

and that creates a channel for teleportation.

e isso cria um canal para o teletransporte.

It's already been demonstrated in research labs

Já foi demonstrado em laboratórios de pesquisa,

and could be part of a future quantum internet.

e poderia ser parte de uma futura internet quântica.

We don't have such a network as yet,

Não temos essa rede ainda,

but my team is working on these possibilities,

mas minha equipe está trabalhando nessas possibilidades,

by simulating a quantum network on a quantum computer.

simulando uma rede quântica em um computador quântico.

So we have designed and implemented some interesting new protocols

Projetamos e implementamos alguns novos protocolos interessantes

such as teleportation among different users in the network

como o teletransporte entre diferentes usuários na rede,

and efficient data transmission

uma eficiente transmissão de dados

and even secure voting.

e até mesmo a votação segura.

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

É muito divertido pra mim ser profissional de física quântica.

I highly recommend it.

Recomendo muito.

(Laughter)

(Risos)

We get to be explorers in a quantum wonderland.

Começamos a ser exploradores no mundo das maravilhas quânticas.

Who knows what applications we will discover next.

Quem sabe quais aplicativos descobriremos a seguir?

We must tread carefully and responsibly

Devemos seguir com cuidado e responsabilidade

as we build our quantum future.

enquanto construímos nosso futuro quântico.

And for me, personally,

Eu, pessoalmente,

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

não vejo a física quântica como uma ferramenta

apenas para construir computadores quânticos.

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

Vejo os computadores quânticos

como uma maneira de investigar os mistérios da natureza

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

e revelar mais sobre esse mundo oculto fora de nossas experiências.

How amazing that we humans,

Que incrível que nós, humanos,

with our relatively limited access to the universe,

com nosso acesso relativamente limitado ao universo,

can still see far beyond our horizons

ainda podemos ver muito além de nosso horizonte

just using our imagination and our ingenuity.

apenas usando nossa imaginação e ingenuidade.

And the universe rewards us

E o universo nos recompensa

by showing us how incredibly interesting and surprising it is.

mostrando a nós como ele é incrivelmente interessante e surpreendente.

The future is fundamentally uncertain,

O futuro é fundamentalmente incerto,

and to me, that is certainly exciting.

e, para mim, isso é certamente emocionante.

Thank you.

Obrigada.

(Applause)

(Aplausos)