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

Tradutor: Cláudia Sebastião Revisora: Margarida Ferreira

I'm Hartmut, I lead Google Quantum AI.

Sou o Hartmut, lidero o Google Quantum AI.

I have been working on quantum computing since 2012.

Trabalho com computação quântica desde 2012.

And let me tell you why this is so intriguing.

Vou dizer-vos porque é que isto é tão intrigante.

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

Os computadores de hoje, como o vosso portátil

ou um servidor num centro de dados da Google,

operate on the binary logic of zeros and ones.

funcionam na lógica binária de zeros e uns.

A quantum computer like this one replaces the binary logic

Um computador quântico como este substitui a lógica binária

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

pelas leis da física quântica, o que lhe dá operações mais poderosas,

allowing it to perform certain computations with way fewer steps.

permitindo-lhe realizar certos cálculos com muito menos passos.

So where does this superpower come from?

Então, de onde vem esta superpotência?

Quantum computing is the first technology

A computação quântica é a primeira tecnologia

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

que leva a sério a ideia de que vivemos num multiverso.

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

Pode ser visto como a produção de computações para universos paralelos.

Let me explain.

Passo a explicar.

In quantum physics,

Na física quântica,

the key mathematical object

o objeto matemático chave para descrever muitos mundos

to describe many worlds is called superposition.

chama-se superposição.

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

Para perceber o que isso é, vejamos este sistema simples.

You just need three bits to describe it.

Só precisamos de três bits para o descrever.

Each coin is a two-state system.

Cada moeda é um sistema de dois estados:

Heads or tails,

caras ou coroas,

zero or one.

zero ou um.

We look at a start state.

Olhamos para um estado inicial.

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

Se eu soubesse que forças atuam no sistema,

then I can predict its trajectory and future states.

então sou capaz de prever a sua trajetória e os estados futuros.

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

É assim que raciocinamos na física clássica

e também na vida quotidiana.

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

Mas se tratássemos isto como um sistema quântico,

then it can branch into many configurations simultaneously.

então este pode ramificar-se em muitas configurações simultaneamente.

And we have to keep track of all those trajectories,

Temos de acompanhar todas essas trajetórias,

interfere them to make an accurate prediction

interferi-las para fazer uma previsão rigorosa

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

dos estados que vamos ver no futuro.

Portanto, as equações da mecânica quântica

So the equations of quantum mechanics

tell us that at any time, any object,

dizem-nos que, a qualquer momento, qualquer objeto

myself or the world at large,

— eu ou o mundo em geral —

exists in a superposition of many configurations.

existe numa superposição de muitas configurações.

Intriguingly, look around in this room.

Curiosamente, olhem em volta nesta sala.

Também estamos a formar uma configuração.

We are forming a configuration too.

And the equations of quantum physics would suggest

As equações da física quântica sugerem

that we sit in different arrangements in different worlds.

que nos sentamos em diferentes arranjos em mundos diferentes.

This superpower can be applied to computation.

Esta superpotência pode ser aplicada à computação.

Picture a search task.

Imaginem uma tarefa de pesquisa.

By envisioning a very tall closet with a million drawers,

Ao imaginar um armário muito alto com um milhão de gavetas,

I place an item in one of the drawers.

coloco um artigo numa das gavetas.

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

Quantas gavetas têm de abrir para encontrar o artigo?

In average it will be half a million,

Em média, será meio milhão,

but if you had access to a quantum algorithm,

mas se tivéssemos acesso a um algoritmo quântico

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

seriam apenas 1000 passos para encontrar o artigo.

How in the world can this be?

Como é que isto pode acontecer?

Indeed, it cannot be in a single world.

Na verdade, não pode ser num único mundo.

So here you see a good example

Então, aqui veem um bom exemplo

of how quantum computing can attain an advantage

de como a computação quântica pode obter uma vantagem

by performing computations in parallel worlds.

através da realização de cálculos em mundos paralelos.

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

Vou mostrar-vos como usar um computador quântico na prática.

Vemos aqui um programa em Cirq,

So here you see a program in Cirq,

ou seja, a linguagem de programação baseada em Python

or Python-based programming language to express quantum algorithms.

que expressa algoritmos quânticos.

It looks like sheet music.

Parece uma partitura.

Each line represents a qubit,

Cada linha representa um qubit

and each box represents an operation.

e cada caixa representa uma operação.

When I hit return,

Quando pressiono Enter,

then it gets transmitted to our data center

esta é transmitida para o nosso centro de dados

in Santa Barbara.

em Santa Bárbara.

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

Aqui vemos uma transmissão ao vivo de uma das nossas máquinas.

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

Os nossos computadores quânticos mais poderosos têm agora mais de 100 qubits.

There, the operations get translated into waveforms,

No centro, as operações são traduzidas em formas de onda,

electrical pulses that control the qubits.

impulsos elétricos que controlam os qubits.

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

Veem como as formas de onda mudam à medida que eu mudo o circuito.

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

Portanto, este é um circuito simples de dois qubits

a realizar pesquisa quântica.

For the programmers among you,

Para os programadores entre vocês,

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

observem como encontro um artigo numa base de dados de quatro

by only doing a single call to the database.

através de uma única chamada para a base de dados.

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

Isto é algo que não se pode fazer num computador comum.

So what can you do with quantum computers today?

Então, o que é que podemos fazer com os computadores quânticos hoje?

We have prepared interesting quantum states

Preparámos estadosquânticos interessantes

and studied their properties.

e estudámos as suas propriedades.

This has led to dozens of publications

Isto levou a dezenas de publicações

in high-impact journals like Nature or Science.

em revistas de alto impacto como a Nature ou Science.

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

Na verdade, gosto de pensar nisso como a criação de pequenos pedaços de magia.

For example, one state we prepared

Por exemplo, um estado que preparámos

can be thought of as spawning a tiny traversable wormhole.

pode ser pensado como gerando um minúsculo “portal” transponível.

Podemos usá-lo para aprender sobre a física dos “portais”.

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

We can throw a qubit in

Podemos enviar um qubit

and see how it reappears on the other side.

e ver como ele reaparece do outro lado.

We made time crystals.

Fizemos cristais do tempo.

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

É uma palavra fixe, não é?

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

Quem não quer ter um brinco de um cristal do tempo?

Time crystals have amazing physical properties.

Os cristais do tempo têm propriedades físicas surpreendentes.

They change periodically in time without ever exchanging energy

Mudam-se periodicamente no tempo sem nunca trocar energia

with the environment.

com o ambiente.

That's the closest to a perpetual mobile

É o mais próximo de um telemóvel perpétuo

that the laws of physics allow you to get.

que as leis da física permitem obter.

Or a final example, non-abelian anyons.

Ou um último exemplo, os aniões não-abelianos.

This is a mouthful,

O nome é complicado,

but these are systems that change the overall properties

mas são sistemas que alteram as propriedades globais

when exchanging two identical parts,

quando se trocam duas partes idênticas,

something humans have never seen before.

algo nunca antes visto pelos seres humanos.

Because envision a little house made of Lego bricks

Imaginem uma pequena casa feita de Lego

and envision swapping two bricks that look identical.

e imaginem trocar dois Legos que parecem idênticos.

In everyday life, you would not notice a difference,

Na vida quotidiana, não notariam uma diferença,

but quantum physicists had predicted that systems can exist,

mas os físicos quânticos previram que os sistemas podem existir,

that exchange or change their properties

sistemas que trocam ou alteram as suas propriedades

when you exchange two identical parts.

quando trocamos duas partes idênticas.

To date, nobody has performed

Até à data, ninguém realizou uma aplicação prática

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

que só pode ser feita num computador quântico.

Despite what you may have read in the press.

Apesar do que possam ler na imprensa.

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

Mas hoje, estou entusiasmado por relatar que estamos a concluir o design

of an algorithm that may lead to first commercial applications.

de um algoritmo que pode levar a primeiros usos comerciais.

This quantum algorithm performs signal processing

Este algoritmo quântico realiza o processamento de sinais

to enable new ways to detect and analyze molecules

para permitir novas formas de deteção e de análise de moléculas

using nuclear electronic spin spectroscopy.

com a espetroscopia de spin eletrónica e nuclear.

In time, this may lead to exciting consumer applications.

Com o tempo, isto pode levar a usos empolgantes para os consumidores.

Envision a device akin to an electronic nose

Imaginem um dispositivo semelhante a um nariz eletrónico

in your phone or smart watch.

no vosso telemóvel ou relógio inteligente.

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

Não seria fantástico se o vosso telemóvel pudesse avisar-vos

that you step into a room with dangerous viruses?

quando entram numa sala com vírus perigosos?

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

Ou se o vosso relógio inteligente pudesse detetar radicais livres no sangue

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

e dizer-vos que é hora de beber o vosso sumo de açaí,

or warn you of allergens in food

ou avisá-lo sobre alérgenos em alimentos

or many other truly helpful use cases.

ou muitos outros casos de uso verdadeiramente úteis.

To unlock more applications,

Para alcançar mais aplicações,

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

terão de construir um grande computador quântico corrigido por erros.

Here you see our road map.

Aqui podem ver o nosso roteiro.

How to build a computer with a million physical qubits.

Como construir um computador com um milhão de qubits físicos.

It consists of six milestones.

Consiste em seis marcos.

and we achieved already the first two.

e já conseguimos os dois primeiros.

Prior to 2019,

Antes de 2019,

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

ninguém tinha mostrado uma computação, além da clássica, num computador quântico.

We were the first to demonstrate it.

Fomos os primeiros a demonstrá-lo.

Our chip could perform a computation

O nosso chip poderia realizar um cálculo

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

que o supercomputador mais rápido da altura demoraria 10 mil anos a fazer.

But recently, we repeated this experiment.

Mas repetimos esta experiência recentemente

And now, Frontier, today's top supercomputer,

e agora, o Frontier, o melhor supercomputador de hoje,

would need one billion years to perform this computation.

precisaria de mil milhões de anos para realizar este cálculo.

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

Este crescimento drástico do poder computacional corrobora a Lei de Neven,

que diz que o poder dos computadores quânticos

which says that the power of quantum computers will grow

at a double exponential rate.

crescerá a uma taxa exponencial dupla.

In 2023, we achieved the second milestone.

Em 2023, atingimos o segundo marco.

We demonstrated again for the first time

Demonstrámos novamente, pela primeira vez,

that quantum error correction is a scalable technology.

que a correção de erros quânticos é uma tecnologia escalável.

Error correction sounds boring, but it's crucial.

A correção de erros parece aborrecida, mas é crucial.

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

Hoje, as nossas operações de dois qubits têm uma taxa de erro de 1 em 1000.

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

Isso significa que, a cada 1000 passos ou mais,

the quantum computer will crash.

o computador quântico irá falhar.

To improve this,

Para melhorar isto,

we combine many physical qubits to a logical qubit

combinamos muitos qubits físicos com um qubit lógico

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

para reduzir a taxa de erro para 1 em mil milhões ou até menos.

We are about halfway through our road map,

Estamos a meio do nosso roteiro

and we are optimistic that we will complete it

e temos esperança de que o concluiremos

before the end of this decade.

antes do final desta década.

We have done analytical and numerical studies

Fizemos estudos analíticos e numéricos

to predict which algorithms will be impactful

para prever quais os algoritmos que terão impacto

on such a large quantum computer.

num computador quântico tão grande.

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

Uma classe de aplicações de que gostamos

e a que chamamos “aplicação central de Feynman”

is the simulation of systems where quantum effects are important.

é a simulação de sistemas onde os efeitos quânticos são importantes.

This is relevant for designing more effective,

Isto é relevante para conceber medicamentos mais eficazes

more targeted medicines.

e mais orientados.

Specifically, we have worked with a pharmaceutical company

Especificamente, trabalhamos com uma empresa farmacêutica

on algorithms to describe cytochrome P450.

em algoritmos para descrever o citocromo P450.

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

Este grupo de enzimas metaboliza cerca de 75 % dos medicamentos que tomamos.

Or the design of lighter, faster-charging batteries

Ou para o design de baterias mais leves e de carregamento mais rápido

that can hold a larger charge for electric cars

que podem conter uma carga maior para carros elétricos

or even electric airplanes.

ou mesmo aviões elétricos.

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

Ou acelerar o design de reatores de fusão e ajudar com as alterações climáticas,

arguably humanity's most urgent challenge.

o que é, sem dúvida, o desafio mais urgente da Humanidade.

A recent result is a novel algorithm

Um resultado recente é um novo algoritmo

that delivers significant speed up for optimization.

que proporciona uma velocidade significativa para a otimização.

This is a big deal

Isto é muito importante

because optimization problems are ubiquitous

porque os problemas de otimização são omnipresentes

in engineering, finance or machine learning.

na engenharia, nas finanças ou em aprendizagem automática.

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

Uma maneira de pensar neste resultado é no futuro,

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

pois quando uma IA jogar xadrez ou enfrentar a IA quântica,

the quantum AI will win.

a IA quântica vai ganhar.

This result shows that quantum computers

Este resultado mostra que os computadores quânticos

will become a must-have capability

tornar-se-ão uma capacidade indispensável

to serve foundational computational tasks.

para atender a tarefas computacionais fundamentais.

I'm also very interested in the intersection of physics

Também estou muito interessado na intersecção da física

and neurobiology.

e da neurobiologia.

Quantum information science

A ciência da informação quântica

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

pode permitir-nos responder

a uma das questões mais profundas da Humanidade:

What creates conscious experience?

O que cria a experiência consciente?

Uma conjetura atraente é que a consciência

An attractive conjecture is that consciousness

is how we experience the emergence

é a forma como experimentamos

of a single classical world

o surgimento de um único mundo clássico

out of the many the multiverse is composed of.

de entre os vários de que o multiverso é composto.

With academic collaborators,

Com colaboradores académicos,

I have started a program to experimentally test this conjecture

iniciei um programa para testar experimentalmente esta conjetura

using methods of quantum neurobiology.

com métodos de neurobiologia quântica.

If our conjecture is correct,

Se a nossa conjetura estiver correta,

this would allow us to expand human consciousness in space,

isto permitir-nos-ia expandir a consciência humana

time and complexity.

no espaço, no tempo e em complexidade.

In conclusion,

Em conclusão,

estamos a fazer progressos constantes

we are making steady progress

towards building the world's first useful quantum computer

para construir o primeiro computador quântico útil do mundo

and applying its enormous power to important challenges.

e aplicar o seu enorme poder a desafios importantes.

A quantum computer will be a gift to future generations,

Um computador quântico será um presente para as gerações futuras,

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

dando-lhes uma ferramenta para resolver problemas que hoje não têm solução.

Thank you.

Obrigado.

(Applause)