Квантовият компютър, обяснен за 10 минути

Квантовият компютър не е просто по-мощна версия на компютрите, които използваме днес. Tой е нещо съвсем различно, базирано на нови научни разбирания - и повече неопределеност. Влезте в квантовия свят на чудесата със Шохини Гоуш, TED стипендиант, за да научите за потенциала на тази технология да преобрази медицината, да създаде неразбиваемо криптиране и дори да телепортира информация.

Да поиграем една игра.

Представете си, че сте в Лас Вегас,

в едно казино

и решавате да играете игра
на един от компютрите в казиното -

точно както бихте играли
солитер или шах.

Компютърът може да прави ходове
в играта, точно като човек-играч.

Това е игра с монети.

Започва със страна ези

и компютърът играе пръв.

Той може да обърне монетата или не,

но вие не виждате резултата.

После е ваш ред.

Вие също можете да избирате
дали да обърнете монетата

и ходът ви няма да бъде разкрит
на противника ви - компютъра.

Накрая отново играе компютърът
и обръща или не монетата

и след тези три рунда

показваме монетата -

ако е ези, компютърът печели,

ако е тура, печелите вие.

Това е много проста игра

и ако всички играят честно
и с нормална монета,

има 50 процента вероятност
да спечелите играта.

За да потвърдя това,

помолих студентите си да играят
на нашите компютри

и след много, много опити

завършиха с дял на победите
50 процента или близо до 50,

както се очакваше.

Изглежда скучна игра, нали?

Ами ако можехте да я играете
на квантов компютър?

Казината в Лас Вегас нямат
квантови компютри,

доколкото знам,

но IBM създадоха
работещ квантов компютър.

Ето го.

Но какво е квантов компютър?

Квантовата физика описва

поведението на атомите
и фундаменталните частици

като електроните и фотоните.

А квантовият компютър функционира

като контролира поведението
на тези частици,

но по начин, който е съвсем различен
от този при обикновените компютри.

Т.е. квантовият компютър не е
просто по-мощна версия

на настоящите ни компютри,

точно както електрическата крушка
не е по-силна свещ.

Не можете да създадете крушка
като правите все по-добри свещи.

Електрическата крушка е
различна технология,

базирана на по-дълбоко
научно разбиране.

По същия начин квантовият
компютър е новo изобретение,

базирано на науката квантова физика

и точно както електрическата крушка
промени обществото,

квантовите компютри имат
потенциала да повлияят

на толкова много аспекти
от живота ни,

включително сигурността, здравеопазването
ни и дори интернет.

Компании по целия свят работят,
за да създадат тези устройства

и за да разберем за какво е
цялото вълнение,

нека поиграем нашата игра
на квантов компютър.

Мога да се свържа с квантовия
компютър на IBM директно оттук,

което означава, че мога да играя
от разстояние,

същото можете и вие.

За да се получи, може би помните,
че предварително получихте имейл от TED,

с въпрос дали бихте избрали да
обърнете монетата или не,

ако играехте играта.

Е, всъщност ви помолихме да
изберете между кръг и квадрат.

Вие не знаехте, но изборът на кръг
означаваше "обръщам монетата",

а изборът на квадрат -
"не обръщам".

Получихме 372 отговора.

Благодаря ви.

Това означава, че можем да изиграем
372 игри срещу квантовия компютър,

използвайки вашите избори.

Играта е доста бърза,

затова мога да ви покажа
резултатите веднага.

За съжаление, не се справихте много добре.

(Смях)

Квантовият компютър спечели
почти всички игри.

Той загуби няколко само заради
операционни грешки.

(Смях)

И така, как постигна той тази
удивителна серия победи?

Прилича на магия или измама,

но всъщност е просто
квантова физика в действие.

Ето как работи.

Обикновеният компютър представя
ези или тура на монетата като бит,

нула или едно,

или импулс, който се включва и
изключва в компютърния чип.

Квантовият компютър
е съвсем различен.

Квантовият бит има по-променлива
недвоична идентичност.

Той може да съществува в суперпозиция
или комбинация от нула и едно,

с някаква вероятност да е нула и
някаква вероятност да е едно.

С други думи - идентичността му
е в един спектър.

Например, може да има 70 процента
вероятност да е нула

и 30 процента да е едно,

или 80 на 20, или 60 на 40.

Възможностите са безкрайни.

Ключовата идея тук е,

че трябва да се откажем от
точните стойности нула и едно

и да позволим известна неопределеност.

По време на играта

квантовият компютър създава
променлива комбинация от ези и тура,

нула и едно,

така че независимо какво прави играчът,

обръща или не,

суперпозицията остава незасегната.

Подобно е на разбъркването
на смес от две течности.

Дали бъркаме или не,
течностите остават сместа,

но в последния си ход

квантовият компютър може
да раздели нулите и единиците,

перфектно откривайки ези,
така че да губите всеки път.

(Смях)

Ако всичко това ви се струва малко
странно, абсолютно прави сте.

Обикновените монети не съществуват
в комбинации от ези и тура.

Ние не преживяваме тази
променлива квантова реалност

във всекидневието си.

Затова, ако квантовата
физика ви обърква,

не се тревожете, схващате я.

(Смях)

Но въпреки, че не преживяваме
квантови странности,

можем да видим реалния им
ефект в действие.

Сами видяхте данните.

Квантовият компютър победи,

защото използва суперпозиция
и неопределеност,

а тези квантови свойства са могъщи,

не само за победа в игри с монети,

но и за създаването на бъдещите
квантови технологии.

Ще ви дам три примера
за потенциалното им приложение,

които могат да променят живота ни.

Първо, квантовата неопределеност
може да се използва за лични ключове

за криптиране на съобщения,
изпращани от едно място до друго,

така че хакерите да не могат тайно
да копират точно ключа

заради квантовата неопределеност.

Те ще трябва да нарушат законите
на квантовата физика,

за да разбият ключа.

Този вид неразбиваемо криптиране
вече се тества от банки

и други институции по целия свят.

Днес ние използваме повече от 17 милиарда
свързани устройства глобално.

Само си представете как квантовото
криптиране би повлияло на бъдещето.

Второ, квантовите технологии могат да
променят и здравеопазването и медицината.

Например, устройството и анализа
на молекулите при създаването на лекарства

е предизвикателен проблем днес

и това е защото точното
описание и изчисление

на всички квантови свойства
на всички атоми в молекулата

е трудна задача за изчисление,
дори за суперкомпютрите ни.

Но квантовият компютър
ще се справи по-добре,

защото функционира, използвайки
същите квантови свойства,

както и молекулата, която
се опитва да симулира.

Затова, бъдещите мащабни квантови
симулации за създаване на лекарства

вероятно могат да доведат до лекарства
за болести като Алцхаймер,

които засягат хиляди животи.

И трето, любимото ми квантово приложение

е телепортацията на информация
от едно място на друго

без тя да се изпраща физически.

Звучи като научна фантастика,
но е възможно,

защото променливите идентичности
на квантовите частици

могат да се вплетат през
пространството и времето

така, че когато променим нещо
в едната частица,

промяната да засегне и другата

и това създава канал за телепортация.

Вече беше демонстрирано в
изследователски лаборатории

и би могло да е част от
бъдещ квантов интернет.

Все още нямаме такава мрежа,

но екипът ми работи
по тези възможности

като симулира квантова мрежа
с квантов компютър.

Създадохме и въведохме някои
интересни нови протоколи,

като телепортация между различни
потребители в мрежата,

успешно предаване на информация

и дори тайно гласуване.

За мен е страхотно забавление
да бъда квантов физик.

Силно го препоръчвам.

(Смях)

Ние сме изследователи в
квантовия свят на чудесата.

Кой знае какви приложения
предстои да открием.

Трябва да стъпваме
внимателно и отговорно,

докато строим квантовото си бъдеще.

А лично аз не смятам

квантовата физика просто за инструмент
за създаване на квантови компютри.

За мен квантовите компютри са начин
да изследваме тайните на природата

и да разкрием повече за скрития
свят извън преживяванията ни.

Удивително е, че ние, хората,

със сравнително ограничения си
достъп до вселената,

все пак можем да виждаме
далеч отвъд хоризонтите си,

използвайки въображението
и изобретателността си.

А вселената ни възнаграждава

като ни показва колко невероятно
интересна е и колко изненадваща.

Бъдещето по принцип е неопределено,

а за мен това определено е вълнуващо.

Благодаря ви.

(Аплодисменти)