A beginner's guide to quantum computing | Shohini Ghose

Переводчик: Alena Chernykh Редактор: Anna Zvereva

Let's play a game.

Давайте сыграем в игру.

Imagine that you are in Las Vegas,

Представьте, что вы в Лас Вегасе,

in a casino,

в казино,

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

и вы решили сыграть в игру на компьютере,

just like you might play solitaire or chess.

например, в пасьянс или шахматы.

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

Так же, как и человек, компьютер делает ходы.

This is a coin game.

Это игра «орёл или решка».

It starts with a coin showing heads,

Первый ход у того игрока, у кого выпал «орёл»,

and the computer will play first.

в данном случае — у компьютера.

It can choose to flip the coin or not,

Он может может как подбросить монету, так и не подбрасывать,

but you don't get to see the outcome.

но вы не можете увидеть результат.

Next, it's your turn.

Далее ваша очередь.

You can also choose to flip the coin or not,

Вы также можете выбрать, подбрасывать монету или нет:

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

компьютер не увидит вашего хода.

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

В конце снова ход компьютера,

and after these three rounds,

и после этих трёх раундов

the coin is revealed,

монета открывается.

and if it is heads, the computer wins,

Если выпал орёл — побеждает компьютер,

if it's tails, you win.

если решка — вы.

So it's a pretty simple game,

Игра довольно простая.

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

Если все играют по-честному и монета ровная,

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

ваш шанс на победу — 50 на 50.

And to confirm that,

Чтобы это доказать,

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

я попросила своих студентов сыграть в эту игру,

and after many, many tries,

что они неоднократно проделали.

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

Как и ожидалось, они выигрывали в 50 процентов случаев

as expected.

или около того.

Sounds like a boring game, right?

Скучноватая игра, правда?

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

А что, если бы вы смогли сыграть в неё на квантовом компьютере?

Now, Las Vegas casinos do not have quantum computers,

Насколько я знаю, в казино Лас Вегаса

as far as I know,

квантовых компьютеров нет.

but IBM has built a working quantum computer.

Однако компания IBM создала действующий квантовый компьютер.

Here it is.

Вот он.

But what is a quantum computer?

Что же он из себя представляет?

Well, quantum physics describes

Квантовая физика занимается описанием

the behavior of atoms and fundamental particles,

поведение атомов и элементарных частиц,

like electrons and photons.

таких как электроны и протоны.

So a quantum computer operates

Квантовый компьютер работает,

by controlling the behavior of these particles,

контролируя эти частицы,

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

но совсем не так, как это происходит в обычных компьютерах.

So a quantum computer is not just a more powerful version

Так, квантовый компьютер нельзя назвать более мощной версией

of our current computers,

современных компьютеров,

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

так же как электрическую лампочку — более мощной свечой.

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

Вы не создадите электрическую лампочку путём совершенствования свечи.

При изготовлении лампочки применяют другую технологию,

A light bulb is a different technology,

based on deeper scientific understanding.

основанную на более глубоком научном понимании.

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

По аналогии с этим, квантовый компьютер — устройство другого типа,

based on the science of quantum physics,

работа которого базируется на принципах квантовой физики.

and just like a light bulb transformed society,

И так же, как электрическая лампочка когда-то изменила мир,

quantum computers have the potential to impact

квантовые компьютеры способны повлиять

so many aspects of our lives,

на многое в нашей жизни:

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

обеспечение безопасности, сферу здравоохранения и даже интернет.

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

Поэтому компании по всему миру работают над их созданием.

and to see what the excitement is all about,

Чтобы понять, почему это вызывает такой ажиотаж,

let's play our game on a quantum computer.

давайте сыграем в нашу игру на квантовом компьютере.

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

Я прямо отсюда могу подключиться к квантовому компьютеру IBM,

which means I can play the game remotely,

то есть могу поиграть в игру удалённо,

and so can you.

как и вы.

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

Вспомните письмо от TED, высланное вам ранее,

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

где мы справшивали, подбросили бы вы монету или нет,

if you played the game.

играй вы в подобную игру.

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

В действительности мы просили сделать выбор между кругом и квадратом.

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

Вы этого не знали, но выбор круга означал «подбросить монету»,

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

а квадрата — «не подбрасывать».

We received 372 responses.

Пришло 372 ответа.

Thank you.

Благодарю.

That means we can play 372 games against the quantum computer

Это значит, что мы можем сыграть с квантовым компьютером 372 раза,

using your choices.

используя ваши варианты.

And it's a pretty fast game to play,

Игра не заняла много времени,

so I can show you the results right here.

вот её результаты.

Unfortunately, you didn't do very well.

К сожалению, вы сыграли неважно.

(Laughter)

(Смех)

The quantum computer won almost every game.

Квантовый компьютер выиграл почти все игры,

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

а немногочисленные проигрыши связаны со сбоями в операционной системе.

(Laughter)

(Смех)

So how did it achieve this amazing winning streak?

Как же ему удалось добиться такой удивительной череды побед?

It seems like magic or cheating,

Похоже на волшебство или обман,

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

хотя это всего лишь квантовая физика в действии.

Here's how it works.

Вот как это работает.

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

Обычный компьютер принимает каждую сторону монеты за один бит,

a zero or a one,

то есть за ноль или единицу,

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

и его микросхема настроена на положение монеты в данный момент.

A quantum computer is completely different.

Квантовый компьютер работает совершенно по-другому.

A quantum bit has a more fluid, nonbinary identity.

Квантовый бит более динамичен, для него характерно недвоичное состояние.

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

Он может существовать в суперпозиции, или ситуации наложения нуля и единицы:

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

с некоторой вероятностью быть нулём, и некоторой вероятностью — единицей.

In other words, its identity is on a spectrum.

Другими словами, его состояние находится в некоем диапазоне.

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

Например, вероятность быть нулём может составить 70 процентов,

and a 30 percent chance of being one

а единицей — 30 процентов.

or 80-20 or 60-40.

Или 80 — 20 и 60 — 40.

The possibilities are endless.

Бесконечное количество вариантов.

The key idea here

Ключевая идея в том,

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

что мы вынуждены отказаться от точных значений нуля и единицы

and allow for some uncertainty.

и допустить некоторую неопределённость.

So during the game,

Так, во время игры

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

квантовый компьютер создаёт динамичную комбинацию орла и решки,

zero and one,

нуля и единицы,

so that no matter what the player does,

поэтому независимо от того, бросает игрок монету

flip or no flip,

или нет,

the superposition remains intact.

суперпозиция остается неизменной.

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

Можно провести аналогию с перемешиванием двух жидкостей:

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

будете вы их помешивать или нет, они всё равно перемешаются,

but in its final move,

но квантовый компьютер

the quantum computer can unmix the zero and one,

может разделить ноль и единицу в самый последний момент,

perfectly recovering heads so that you lose every time.

с лёгкостью открывая орла, так что вы каждый раз проигрываете.

(Laughter)

(Смех)

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

Если вы думаете, что это немного странно, вы абсолютно правы.

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

Обычные монеты не состоят из комбинаций орла и решки.

We do not experience this fluid quantum reality

Мы не сталкиваемся с нестабильной квантовой реальностью

in our everyday lives.

в повседневной жизни.

И не волнуйтесь, если понятие о кванте сбивает вас с толку,

So if you are confused by quantum,

don't worry, you're getting it.

со временем привыкните.

(Laughter)

(Смех)

But even though we don't experience quantum strangeness,

Но даже если мы не сталкиваемся со странностями квантовых явлений,

we can see its very real effects in action.

мы способны увидеть их в действии.

You've seen the data for yourself.

Вы сами видели результат игры.

The quantum computer won

Квантовый компьютер выиграл,

because it harnessed superposition and uncertainty,

потому что использовал суперпозицию и неопределенность —

and these quantum properties are powerful,

свойства, обладающие широчайшими возможностями

not just to win coin games,

и применимые не только для побед в игре с монетами:

but also to build future quantum technologies.

на их основе возможно создание квантовых технологий будущего.

So let me give you three examples of potential applications

Приведу три примера, которые показывают, каким образом может изменить жизнь

that could change our lives.

пременение указанных свойств.

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

Во-первых, квантовую неопределённость можно

использовать для создания персональных ключей

for encrypting messages sent from one location to another

для шифрования сообщений, отправляемых из одного места в другое.

so that hackers could not secretly copy the key perfectly,

Потому что благодаря этой неопределённости хакеры не смогут тайно

because of quantum uncertainty.

и точно скопировать этот ключ:

They would have to break the laws of quantum physics

чтобы его взломать, им придётся нарушить

to hack the key.

законы квантовой физики.

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

Данный вид шифрования уже давно тестируют банки

and other institutions worldwide.

и другие организации по всему миру.

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

Сегодня в мире более 17 миллиардов соединённых друг с другом устройств.

Только представьте, какое влияние может оказать квантовое шифрование в будущем.

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

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

Во-вторых, квантовые технологии способны изменить здравоохранение и медицину.

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

Например, возьмём трудности лекарственной промышленности

is a challenging problem today,

с определением структуры молекул и их анализом:

and that's because exactly describing and calculating

точное описание и вычисление

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

всех квантовых свойств каждого атома в молекуле —

is a computationally difficult task, even for our supercomputers.

сложная вычислительная задача, даже для нынешних суперкомпьютеров.

But a quantum computer could do better,

Но квантовый компьютер работает лучше,

because it operates using the same quantum properties

потому что оперирует теми же квантовыми свойствами, что и молекула,

as the molecule it's trying to simulate.

которую он пытается смоделировать.

So future large-scale quantum simulations for drug development

Возможно, применение квантового моделирования для разработки лекарств

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

поможет в борьбе с такими заболеваниями, как болезнь Альцгеймера,

which affects thousands of lives.

поражающего тысячи людей.

And thirdly, my favorite quantum application

И, в-третьих, моё самое любимое применение квантовой физики —

is teleportation of information from one location to another

телепортация информации из одного места в другое

without physically transmitting the information.

без физической передачи данных.

Sounds like sci-fi, but it is possible,

Звучит как научная фантастика, но это возможно

because these fluid identities of the quantum particles

благодаря подвижным состояниям квантовых частиц,

can get entangled across space and time

которые способны перемещаться сквозь время и пространство,

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

так что когда вы изменяете одну частицу,

it can impact the other,

это влияет на другую,

and that creates a channel for teleportation.

что в итоге создаёт канал для телепортации.

Это уже демонстрируется в исследовательских лабораториях

It's already been demonstrated in research labs

and could be part of a future quantum internet.

и может стать частью квантового интернета в будущем.

We don't have such a network as yet,

Пока у нас нет подобной сети,

but my team is working on these possibilities,

но моя команда работает над этим:

by simulating a quantum network on a quantum computer.

мы моделируем квантовую сеть на квантовом компьютере.

So we have designed and implemented some interesting new protocols

Мы спроектировали и внедрили несколько интересных новых протоколов,

such as teleportation among different users in the network

таких как телепортация между разными пользователями сети,

and efficient data transmission

эффективная передача данных

and even secure voting.

и даже безопасное голосование.

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

Мне доставляет море удовольствия быть квантовым физиком.

I highly recommend it.

Настоятельно рекомендую.

(Laughter)

(Смех)

We get to be explorers in a quantum wonderland.

Мы исследователи квантовой страны чудес.

Who knows what applications we will discover next.

Кто знает, какое применение квантовой физики мы ещё найдём.

We must tread carefully and responsibly

К построению квантового будущего следует подходить

as we build our quantum future.

со всей осторожностью и ответственностью.

And for me, personally,

А что касается лично меня,

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

я не считаю квантовую физику лишь инструментом для создания компьютеров.

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

Для меня квантовый компьютер — это способ познания тайн природы

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

и мира за пределами наших познаний и опыта.

How amazing that we humans,

Как здорово, что мы, люди,

with our relatively limited access to the universe,

не смотря на недосягаемость Вселенной,

can still see far beyond our horizons

всё равно способны раздвинуть горизонты

just using our imagination and our ingenuity.

благодаря воображению и изобретательности.

And the universe rewards us

И Вселенная отблагодарит нас тем,

by showing us how incredibly interesting and surprising it is.

что покажет, насколько она интересна и удивительна.

The future is fundamentally uncertain,

Будущее абсолютно непредсказуемо,

and to me, that is certainly exciting.

и это просто порясающе.

Thank you.

Спасибо.

(Applause)

(Аплодисменты)