Laten we een spelletje spelen.
Stel je voor dat je in Las Vegas
in een casino bent
en je besluit om een spelletje te spelen op een van de computers van het casino,
zoals je ook solitaire of schaken zou kunnen spelen.
De computer kan zetten doen in het spel, net zoals de menselijke speler.
Dit is een 'kop of munt'-spel.
Het begint met een munt die 'kop' laat zien
en de computer speelt eerst.
Hij kiest om de munt te draaien of niet,
maar jij ziet het resultaat niet.
Daarna is het jouw beurt.
Jij kunt ook kiezen de munt te draaien of niet
en jouw zet zal niet zichtbaar zijn voor je tegenspeler, de computer.
Uiteindelijk speelt de computer opnieuw en hij kan de munt draaien of niet,
en na deze drie ronden
wordt het resultaat getoond,
en als het 'kop' is, wint de computer,
en als het 'munt' is, win jij.
Het is dus een tamelijk simpel spel,
en als iedereen eerlijk speelt en de munt eerlijk is,
dan heb je vijftig procent kans om dit spel te winnen.
En om dat te bevestigen,
vroeg ik mijn studenten om dit spel op onze computers te spelen,
en na vele, vele pogingen,
eindigde hun winstpercentage op vijftig procent, of daar dichtbij,
zoals verwacht.
Klinkt als een saai spelletje, nietwaar?
Maar wat als je dit spelletje tegen een kwantumcomputer zou spelen?
In Las Vegas hebben ze geen kwantumcomputers,
voor zover ik weet,
maar IBM heeft een werkende kwantumcomputer gebouwd.
Dit is hem.
Maar wat is een kwantumcomputer?
Kwantumfysica beschrijft
het gedrag van atomen en fundamentele deeltjes,
zoals elektronen en fotonen.
Een kwantumcomputer werkt
door het besturen van het gedrag van deze deeltjes,
maar op een manier die totaal anders is dan bij gewone computers.
Een kwantumcomputer is dus niet zomaar een veel krachtiger versie
van onze huidige computers,
zoals een gloeilamp niet een veel krachtiger kaars is.
Je kunt geen gloeilamp maken door steeds betere kaarsen te maken.
Een gloeilamp is een andere technologie,
gebaseerd op diepere wetenschappelijke kennis.
Zo is kwantumcomputer een nieuw soort apparaat,
gebaseerd op kennis van de kwantumfysica.
En net zoals de gloeilamp de samenleving veranderde,
hebben ook kwantumcomputers in potentie grote invloed
op veel aspecten van ons leven,
waaronder onze veiligheidsbehoefte, gezondheidszorg en zelfs het internet.
Bedrijven over de hele wereld werken aan deze apparaten
en om te snappen waarom we zo opgewonden zijn,
spelen we nu ons spelletje op een kwantumcomputer.
Nu kan ik van hieruit inloggen op IBM's kwantumcomputer,
waardoor ik het spel op afstand kan spelen,
en dat kunnen jullie ook.
Om dit te doen, herinner je de email, een tijdje geleden, van TED,
die je vroeg of je de munt wel of niet wilde omdraaien,
als je het spelletje speelde.
Eigenlijk vroegen we je te kiezen tussen een cirkel of een vierkant.
Dat wist je niet, maar je keuze voor cirkel betekent 'draai de munt',
en je keuze voor het vierkant betekent 'draai de munt niet'.
We kregen 372 antwoorden.
Dank jullie wel.
Dat betekent dat we 372 spelletjes kunnen spelen tegen de kwantumcomputer
door jullie keuzes te gebruiken.
En het spelletje gaat behoorlijk snel,
ik kan je het resultaat meteen laten zien.
Helaas, jullie deden het niet erg goed.
(Gelach)
De kwantumcomputer won bijna elk spel.
Het verloor er een paar vanwege operationele fouten in de computer.
(Gelach)
Hoe lukte het om zo'n geweldige winnende serie te scoren?
Het lijkt magie of valsspelen,
maar het is gewoon kwantumfysica in actie.
Het werkt zo.
Een normale computer simuleert kop of munt als een bit,
een nul of een één,
of een stroompje dat aan of uit gaat in een computerchip.
Een kwantumcomputer doet dat totaal anders.
Een kwantum-bit heeft een wat flexibelere, niet-binaire identiteit.
Het bestaat in een superpositie, of een combinatie van nul en één,
met een bepaalde kans op een nul en een bepaalde kans op een één.
Met andere woorden, zijn identiteit is een spectrum.
Het kan, bijvoorbeeld, zeventig procent kans zijn om een nul te zijn
en dertig procent om een één te zijn
of 80-20 of 60-40.
De mogelijkheden zijn eindeloos.
De basisgedachte is
dat we de precieze waarden nul en één moeten loslaten
en onzekerheid moeten toelaten.
Tijdens het spelletje
creëert de kwantumcomputer deze glijdende combinatie van kop en munt,
nul en één,
dus wat de speler ook doet,
draaien of niet draaien,
deze superpositie blijft intact.
Het is zoiets als het roeren van een mix van twee vloeistoffen.
Of je nu roert of niet, de vloeistof blijft gemixt,
maar in zijn laatste zet,
kan de kwantumcomputer de nul en één 'ontmixen',
en zo perfect 'kop' eruit halen zodat jij elke keer verliest.
(Gelach)
Als je dit een beetje raar vindt, heb je groot gelijk.
Gewone munten hebben geen combinatie van kop en munt.
Wij ervaren deze flexibele kwantumrealiteit niet
in ons dagelijks leven.
Als je in verwarring bent over kwantum,
geen zorgen, je gaat het begrijpen.
(Gelach)
Maar ook al kunnen we de vreemde kwantumwereld niet ervaren,
we kunnen de reële effecten wel zien.
Je hebt de resultaten zelf kunnen zien.
De kwantumcomputer won,
omdat hij gebruik maakte van superpositie en onzekerheid,
en deze kwantumeigenschappen zijn sterk,
niet alleen om muntspelletjes te winnen,
maar ook om er toekomstige kwantumtechnologieën mee te maken.
Laat me drie voorbeelden geven van mogelijke toepassingen
die ons leven kunnen veranderen.
Allereerst, kwantumonzekerheid kun je gebruiken om geheime sleutels te maken
om boodschappen te versleutelen die we verzenden,
zodat hackers de sleutel niet stiekem perfect kunnen kopiëren,
vanwege de kwantumonzekerheid.
Ze zouden de natuurwetten moeten overtreden
om de sleutel te hacken.
Deze manier van onbreekbare encryptie wordt al getest door banken
en andere instituten wereldwijd.
Vandaag de dag gebruiken we wereldwijd meer dan 17 miljard gekoppelde apparaten.
Stel je voor wat kwantumversleuteling in de toekomst kan betekenen.
Ten tweede, kwantumcomputers kunnen de zorg en geneeskunde transformeren.
Bijvoorbeeld, het ontwerp en het onderzoek naar moleculen voor geneesmiddelen
is tegenwoordig een uitdagend probleem
en dat is omdat de exacte beschrijving en berekeningen
van alle kwantumeigenschappen van alle atomen in een molecuul
zelfs voor onze supercomputers een zeer moeilijke rekentaak is.
Maar een kwantumcomputer kan dat beter,
want die werkt dankzij dezelfde kwantumeigenschappen
als de moleculen die hij probeert te simuleren.
Toekomstige, grootschalige kwantumsimulaties voor geneesmiddelen
kunnen mogelijk leiden tot behandelingen voor ziekten zoals Alzheimer,
met effect op duizenden levens.
En ten derde, mijn favoriete kwantumtoepassing
is teleporteren van informatie van de ene naar de andere plaats
zonder de informatie fysiek te verzenden.
Dat klinkt als sciencefiction, maar het is mogelijk,
want de flexibele eigenschappen van de kwantumdeeltjes
kunnen met elkaar verstrengeld raken dwars door ruimte en tijd,
zodanig dat als je iets verandert aan één deeltje,
dat dan impact heeft op het andere,
en dat creëert een kanaal voor teleportering.
Dit is al gedemonstreerd in onderzoekslaboratoria
en kan deel uitmaken van een toekomstig kwantuminternet.
We hebben nu nog niet zo'n netwerk,
maar mijn team werkt wel aan deze mogelijkheden
door een kwantumnetwerk op een kwantumcomputer te simuleren.
We hebben interessante nieuwe protocollen en ontwerpen geïmplementeerd,
zoals teleportering tussen verschillende gebruikers in het netwerk,
efficiënte dataoverdracht
en zelfs veilig stemmen.
Een kwantumfysicus zoals ik beleeft een hoop lol.
Ik kan het echt aanraden.
(Gelach)
Wij zijn de ontdekkingsreizigers in een kwantumwonderland.
Wie weet wat voor toepassingen we hierna zullen ontdekken.
We moeten voorzichtig en verantwoordelijk voortschrijden
terwijl we onze kwantumtoekomst uitbouwen.
En voor mij persoonlijk
zie ik kwantumfysica niet als een tool om alleen kwantumcomputers te bouwen.
Ik zie kwantumcomputers als een manier om de mysteries van de natuur te ontdekken
en om de verborgen wereld buiten onze ervaring te laten zien.
Hoe verbazingwekkend is het dat wij mensen,
met onze relatief beperkte toegang tot het universum,
toch ver over onze horizon heen kunnen kijken
door alleen onze verbeelding en ons vernuft te gebruiken.
En het universum beloont ons
door te laten zien hoe ongelooflijk interessant en verrassend het is.
De toekomst is fundamenteel onzeker
en voor mij is dat zeker opwindend.
Dank jullie wel.
(Applaus)