A beginner's guide to quantum computing | Shohini Ghose

Tradutor: Margarida Ferreira Revisora: Isabel Vaz Belchior

Let's play a game.

Vamos jogar um jogo.

Imagine that you are in Las Vegas,

Imaginem que estão em Las Vegas,

in a casino,

num casino

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

e decidem jogar um jogo num dos computadores do casino,

just like you might play solitaire or chess.

como quando fazem uma paciência ou jogam xadrez.

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

O computador pode fazer jogadas no jogo, como se fosse um ser humano.

This is a coin game.

É um jogo de moedas.

It starts with a coin showing heads,

Começa com uma moeda a mostrar caras

and the computer will play first.

e o computador é o primeiro a jogar.

It can choose to flip the coin or not,

Pode optar por virar a moeda ou não,

but you don't get to see the outcome.

mas não vemos o resultado.

Next, it's your turn.

A seguir é a nossa vez.

You can also choose to flip the coin or not,

Também podemos optar por virar a moeda ou não

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

e a nossa jogada não é revelada ao adversário, o computador.

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

Por fim, o computador volta a jogar e pode virar a moeda ou não.

and after these three rounds,

Ao fim destas três jogadas,

the coin is revealed,

a moeda aparece.

and if it is heads, the computer wins,

Se for cara, o computador ganha;

if it's tails, you win.

se for coroa, ganhamos nós.

So it's a pretty simple game,

É um jogo muito simples.

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

Se todos jogarem sem batota, e a moeda for perfeita,

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

temos 50% de probabilidade de ganhar este jogo.

And to confirm that,

Para confirmar isso,

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

pedi aos meus alunos para jogarem este jogo nos seus computadores.

and after many, many tries,

Depois de muitas, muitas tentativas

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

a taxa de vitórias acabou por ser de 50% ou perto dos 50%,

as expected.

conforme esperado.

Sounds like a boring game, right?

Parece ser um jogo aborrecido, não é?

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

E se pudéssemos jogar este jogo num computador quântico?

Now, Las Vegas casinos do not have quantum computers,

Os casinos de Las Vegas não têm computadores quânticos,

as far as I know,

tanto quanto sei,

but IBM has built a working quantum computer.

mas a IBM construiu um computador quântico.

Here it is.

É este.

But what is a quantum computer?

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 eletrões e fotões.

So a quantum computer operates

Assim, um computador quântico funciona

by controlling the behavior of these particles,

controlando o comportamento dessas partículas,

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

mas de uma forma totalmente diferente dos nossos computadores normais.

So a quantum computer is not just a more powerful version

Um computador quântico não é uma versão mais potente

of our current computers,

dos nossos computadores normais,

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

tal como uma lâmpada elétrica não é uma vela mais potente.

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

Não podemos construir uma lâmpada construindo velas cada vez melhores.

A light bulb is a different technology,

Uma lâmpada elétrica é uma tecnologia diferente,

based on deeper scientific understanding.

baseada numa compreensão científica mais profunda.

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

De igual modo, um computador quântico é um tipo novo de aparelho

based on the science of quantum physics,

baseado na ciência da física quântica.

and just like a light bulb transformed society,

Tal como a lâmpada elétrica transformou a sociedade,

quantum computers have the potential to impact

os computadores quânticos têm o potencial de causar impacto

so many aspects of our lives,

em muitos aspetos da nossa vida,

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

incluindo as necessidades de segurança, os cuidados de saúde e até a Internet.

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

Assim, há empresas em todo o mundo a trabalhar para criar esses aparelhos.

and to see what the excitement is all about,

Para vermos porque é tão grande esse entusiasmo,

let's play our game on a quantum computer.

vamos jogar o nosso jogo num computador quântico.

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

Ora bem, posso entrar no computador quântico da IBM daqui mesmo,

which means I can play the game remotely,

ou seja, posso jogar o jogo à distância

and so can you.

e vocês também podem.

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

Lembram-se de ter recebido um "email" do TED,

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

perguntando se queriam optar por virar a moeda ou não,

if you played the game.

no caso de jogarem o jogo.

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 a escolha de um círculo significava "virar a moeda"

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

e a escolha do quadrado significava "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 jogar 372 jogos contra o computador quântico

using your choices.

usando as vossas opções.

And it's a pretty fast game to play,

É um jogo que se joga muito depressa,

so I can show you the results right here.

por isso posso mostrar já os resultados.

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 ganhou quase todos os jogos.

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

Perdeu alguns por causa de erros operacionais no computador.

(Laughter)

(Risos)

So how did it achieve this amazing winning streak?

Como é que ele conseguiu esta proeza espantosa?

It seems like magic or cheating,

Parece magia ou batota,

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

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

Here's how it works.

Funciona assim.

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

Um computador normal simula cara ou coroa duma moeda como um bit,

a zero or a one,

um 0 ou um 1,

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

ou virar ou não virar no "chip" do nosso 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 mais fluida, não binária.

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

Pode existir numa sobreposição ou numa combinação de O e de 1,

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

com alguma probabilidade de ser 0 e alguma probabilidade de ser 1.

In other words, its identity is on a spectrum.

Por outras palavras, a sua identidade está num espetro.

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

Por exemplo, pode ter 70% de probabilidades de ser 0

and a 30 percent chance of being one

e 30% de hipóteses de ser 1

or 80-20 or 60-40.

ou 80-20, ou 60-40.

The possibilities are endless.

As possibilidades são infindáveis.

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 de abandonar os valores exatos de 0 e de 1

and allow for some uncertainty.

e permitir uma certa incerteza.

So during the game,

Assim, durante o jogo,

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

o computador quântico cria esta combinação fluida de caras e coroas,

zero and one,

de 0 e de 1,

so that no matter what the player does,

de modo que, faça o jogador o que fizer,

flip or no flip,

vire a moeda ou não vire,

the superposition remains intact.

a sobreposição mantém-se intacta.

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

É como revolver uma mistura de dois fluidos.

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

Quer a revolvam ou não, os fluidos continuam na mistura,

but in its final move,

mas no movimento final,

the quantum computer can unmix the zero and one,

o computador quântico pode separar o 0 e o 1,

perfectly recovering heads so that you lose every time.

recuperando perfeitamente as caras e, por isso, nós perdemos sempre.

(Laughter)

(Risos)

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

Se acham que isto é um pouco estranho, têm toda a razão.

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

Não há moedas normais com uma mistura de caras e coroas.

We do not experience this fluid quantum reality

Não temos experiência desta realidade de fluido quântico

in our everyday lives.

na nossa vida quotidiana.

So if you are confused by quantum,

Portanto, se se sentem confusos com o quântico,

don't worry, you're getting it.

não se preocupem, hão de lá chegar.

(Laughter)

(Risos)

But even though we don't experience quantum strangeness,

Mas mesmo que não entendamos a estranheza do quântico,

we can see its very real effects in action.

vemos os seus efeitos em ação.

You've seen the data for yourself.

Viram bem os dados?

The quantum computer won

O computador quântico ganhou

because it harnessed superposition and uncertainty,

porque domina a sobreposição e a incerteza

and these quantum properties are powerful,

e essas propriedades quânticas são poderosas,

not just to win coin games,

não apenas para ganhar jogos de moedas,

but also to build future quantum technologies.

mas para criar futuras tecnologias quânticas.

So let me give you three examples of potential applications

Vou dar-vos três exemplos de possíveis aplicações

that could change our lives.

que podem mudar a nossa vida.

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

Primeiro, a incerteza quântica pode ser usada para criar chaves privadas

for encrypting messages sent from one location to another

para codificar mensagens enviadas de um local para outro

so that hackers could not secretly copy the key perfectly,

de modo que os "hackers" não podem copiar perfeitamente essa chave,

because of quantum uncertainty.

por causa da incerteza quântica.

They would have to break the laws of quantum physics

Teriam de infringir as leis da física quântica

to hack the key.

para piratearem a chave.

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

Este tipo de codificação impenetrável já está a ser testada pelos bancos

and other institutions worldwide.

e por outras instituições em todo o mundo.

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

Hoje, usamos mais de 17 mil milhões de aparelhos interligados, mundialmente.

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

Imaginem o impacto que a codificação quântica pode ter no futuro.

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

Segundo, as tecnologias quânticas

também podem transformar os cuidados de saúde e a medicina.

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

Por exemplo, o "design" e a análise de moléculas para o fabrico de fármacos

is a challenging problem today,

é hoje um problema difícil

and that's because exactly describing and calculating

porque descrever e calcular, exatamente,

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

todas as propriedades quânticas de todos os átomos na molécula

is a computationally difficult task, even for our supercomputers.

é uma tarefa de cálculo difícil mesmo para um supercomputador.

But a quantum computer could do better,

Mas um computador quântico pode fazer melhor,

because it operates using the same quantum properties

porque funciona, usando as mesmas propriedades quânticas

as the molecule it's trying to simulate.

que as moléculas que está a tentar simular.

So future large-scale quantum simulations for drug development

Assim, as simulações quânticas de grande escala

para o desenvolvimento de medicamentos

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

talvez possa levar a tratamentos para doenças como a de Alzheimer,

which affects thousands of lives.

que afeta milhares de vidas.

And thirdly, my favorite quantum application

Terceiro, a aplicação quântica que eu prefiro,

is teleportation of information from one location to another

é o teletransporte de informações de um local para outro,

without physically transmitting the information.

sem transmitir fisicamente essas informações.

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 emaranhar-se no espaço e no tempo

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

de uma forma que, quando mudamos qualquer coisa numa partícula,

it can impact the other,

ela pode causar impacto noutra

and that creates a channel for teleportation.

e isso cria um canal para o teletransporte.

It's already been demonstrated in research labs

Já ficou demonstrado em laboratórios de investigação

and could be part of a future quantum internet.

e pode fazer parte de uma futura Internet quântica.

We don't have such a network as yet,

Ainda não temos uma rede dessas,

but my team is working on these possibilities,

mas a minha equipa está a trabalhar nessas possibilidades,

by simulating a quantum network on a quantum computer.

simulando uma rede quântica num computador quântico.

So we have designed and implemented some interesting new protocols

Concebemos e implementámos novos protocolos interessantes

such as teleportation among different users in the network

como o teletransporte entre vários utilizadores na rede

and efficient data transmission

e uma eficaz transmissão de dados,

and even secure voting.

e até mesmo a segurança nas votações.

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

Para mim, que sou física quântica, é muito divertido.

I highly recommend it.

Recomendo-o fortemente.

(Laughter)

(Risos)

We get to be explorers in a quantum wonderland.

Acabamos como exploradores de um mundo quântico maravilhoso.

Who knows what applications we will discover next.

Quem sabe que aplicações descobriremos a seguir.

We must tread carefully and responsibly

Temos de caminhar com cautela e responsabilidade

as we build our quantum future.

à medida que construímos o futuro quântico.

And for me, personally,

Para mim, pessoalmente,

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

não vejo a física quântica

como um mero instrumento só para criar computadores quânticos.

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

Vejo os computadores quânticos

como uma forma de sondar os mistérios da Natureza

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

e revelar mais sobre este mundo oculto que nunca experimentámos.

How amazing that we humans,

Como é espantoso que nós, os seres humanos,

with our relatively limited access to the universe,

com o nosso acesso ao universo, relativamente limitado,

can still see far beyond our horizons

ainda possamos ver para além dos nossos horizontes

just using our imagination and our ingenuity.

usando apenas a nossa imaginação e o nosso engenho.

And the universe rewards us

O universo recompensa-nos

by showing us how incredibly interesting and surprising it is.

mostrando-nos como 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)