Let's play a game. Imagine that you are in Las Vegas, in a casino, and you decide to play a game on one of the casino's computers, just like you might play solitaire or chess. The computer can make moves in the game, just like a human player. This is a coin game. It starts with a coin showing heads, and the computer will play first. It can choose to flip the coin or not, but you don't get to see the outcome. Next, it's your turn. You can also choose to flip the coin or not, and your move will not be revealed to your opponent, the computer. Finally, the computer plays again, and can flip the coin or not, and after these three rounds, the coin is revealed, and if it is heads, the computer wins, if it's tails, you win.
بیایید یک بازی بکنیم. تصور کنید در لاسوگاس هستید، در یک کازینو، و تصمیم میگیرید با یکی از کامپیوترهای کازینو بازی کنید، مثلا ورق یا شطرنج بازی میکنید. کامپیوتر میتواند مثل یک انسان در بازی حرکت انجام دهد. این یک بازی سکهای است. با یک سکه شروع میشود که روی آن شیر است، و اول کامپیوتر بازی میکند. میتواند انتخاب کند سکه را بیندازد یا نه، اما شما نمیتوانید نتیجه را ببینید. بعد، نوبت شماست. شما هم میتوانید انتخاب کنید سکه را بیندازید یا نه، و حرکت شما هم به حریف، یعنی به کامپیوتر نشان داده نخواهد شد. در آخر، کامپیوتر دوباره بازی میکند، و میتواند سکه را بیندازد یا نه، و بعد از این سه دور، سکه نشان داده میشود، و اگر شیر باشد کامپیوتر میبرد، اگر خط باشد شما.
So it's a pretty simple game, and if everybody plays honestly, and the coin is fair, then you have a 50 percent chance of winning this game. And to confirm that, I asked my students to play this game on our computers, and after many, many tries, their winning rate ended up being 50 percent, or close to 50 percent, as expected. Sounds like a boring game, right?
پس بازی سادهای است، و اگر همه صادقانه بازی کنند، و سکه هم سالم باشد، آن موقع ۵۰ درصد احتمال دارد بازی را ببرید. و برای تایید آن، از دانشجوهایم خواستم تا این بازی را با کامپیوترهایمان انجام دهند، و بعد از تلاشهای بسیار، بسیار زیاد، نرخ برنده شدن آنها به ۵۰ درصد یا نزدیک به آن ختم شد، همان طور که انتظار داشتیم. بازی خسته کنندهای به نظر میرسد، نه؟
But what if you could play this game on a quantum computer? Now, Las Vegas casinos do not have quantum computers, as far as I know, but IBM has built a working quantum computer. Here it is.
اما اگر میتوانستید این بازی را با یک کامپیوتر کوانتومی انجام دهید چطور؟ حالا، کازینوهای لاسوگاس کامپیوتر کوانتومی ندارند، تا جایی که من میدانم، اما شرکت IBM یک کامپیوتر کوانتومی ساخته که کار میکند. این است.
But what is a quantum computer? Well, quantum physics describes the behavior of atoms and fundamental particles, like electrons and photons. So a quantum computer operates by controlling the behavior of these particles, but in a way that is completely different from our regular computers. So a quantum computer is not just a more powerful version of our current computers, just like a light bulb is not a more powerful candle. You cannot build a light bulb by building better and better candles. A light bulb is a different technology, based on deeper scientific understanding. Similarly, a quantum computer is a new kind of device, based on the science of quantum physics, and just like a light bulb transformed society, quantum computers have the potential to impact so many aspects of our lives, including our security needs, our health care and even the internet.
اما کامپیوتر کوانتومی چیست؟ خوب، فیزیک کوانتوم رفتار اتمها و ذرات بنیادی را توصیف میکند، مثل الکترونها و فوتونها. پس یک کامپیوتر کوانتومی با کنترل کردن رفتار این ذرات کار میکند، اما به صورتی که کاملاً با کامپیوترهای معمولی ما متفاوت است. پس یک کامپیوتر کوانتومی فقط یک نمونه قدرتمندتر از کامپیوترهای فعلی ما نیست، همان طور که لامپ رشتهای، یک شمع قدرتمندتر نیست. نمیتوانید با بهتر و بهتر ساختن شمع لامپ رشتهای بسازید. لامپ رشتهای یک فناوری متفاوت است، که بر اساس درک عمیقتر علمی ساخته شده. به همین صورت، یک کامپیوتر کوانتومی یک گونه جدید از ابزار است، که اساس آن دانش فیزیک کوانتومی است، و همان طور که لامپ رشتهای جامعه را متحول کرد، کامپیوترهای کوانتومی هم پتانسیل آن را دارند که بر بسیاری از جنبههای زندگی ما اثر بگذارند، از جمله، نیازهای جامعه ما، مراقبتهای بهداشتی ما و حتی اینترنت.
So companies all around the world are working to build these devices, and to see what the excitement is all about, let's play our game on a quantum computer. So I can log into IBM's quantum computer from right here, which means I can play the game remotely, and so can you. To make this happen, you may remember getting an email ahead of time, from TED, asking you whether you would choose to flip the coin or not, if you played the game. Well, actually, we asked you to choose between a circle or a square. You didn't know it, but your choice of circle meant "flip the coin," and your choice of square was "don't flip." We received 372 responses. Thank you. That means we can play 372 games against the quantum computer using your choices. And it's a pretty fast game to play, so I can show you the results right here.
پس تمام شرکتهای سراسر جهان در حال تلاش برای ساخت این دستگاهها هستند، و برای درک اینکه این همه هیجان برای چیست، بیایید بازیمان را روی یک کامپیوتر کوانتومی انجام دهیم. خوب من میتوانم از همین جا وارد کامپیوتر کوانتومی IBM شوم، که یعنی دارم بازی را از راه دور انجام میدهم، و شما هم میتوانید. برای این کار، شاید یادتان باشد کمی پیشتر ایمیلی از TED گرفتید، که میپرسید سکه را میاندازید یا نه، اگر بازی را انجام بدهید. خوب، در واقع ما از شما خواستیم که بین یک دایره و یک مربع انتخاب کنید. شما نمیدانستید، اما انتخاب دایره یعنی «سکه را بینداز،» و انتخاب مربع یعنی، «سکه را نینداز.» ۳۷۲ پاسخ دریافت کردیم. متشکرم. این یعنی میتوانیم با استفاده از انتخابهای شما ۳۷۲ بار با کامپیوتر کوانتومی بازی کنیم. و این بازی بسیار سریع است، پس میتوانم نتایج را اینجا نشانتان دهم.
Unfortunately, you didn't do very well.
متاسفانه، خیلی خوب عمل نکردید.
(Laughter)
(خنده)
The quantum computer won almost every game. It lost a few only because of operational errors in the computer.
کامپیوتر کوانتومی تقریباً تمام بازیها را برد. چندتایی که باخته هم به خاطر خطاهای عملیاتی کامپیوتر هستند.
(Laughter)
(خنده)
So how did it achieve this amazing winning streak? It seems like magic or cheating, but actually, it's just quantum physics in action. Here's how it works. A regular computer simulates heads or tails of a coin as a bit, a zero or a one, or a current flipping on and off inside your computer chip. A quantum computer is completely different. A quantum bit has a more fluid, nonbinary identity. It can exist in a superposition, or a combination of zero and one, with some probability of being zero and some probability of being one. In other words, its identity is on a spectrum. For example, it could have a 70 percent chance of being zero and a 30 percent chance of being one or 80-20 or 60-40. The possibilities are endless. The key idea here is that we have to give up on precise values of zero and one and allow for some uncertainty. So during the game, the quantum computer creates this fluid combination of heads and tails, zero and one, so that no matter what the player does, flip or no flip, the superposition remains intact. It's kind of like stirring a mixture of two fluids. Whether or not you stir, the fluids remain in a mixture, but in its final move, the quantum computer can unmix the zero and one, perfectly recovering heads so that you lose every time.
خوب چطور به این آمار جالب برد رسید؟ انگار جادو است یا تقلب، اما در واقع، عمل کردن فیزیک کوانتوم است. این طوری کار میکند. یک کامپیوتر معمولی شیر یا خط یک سکه را به عنوان یک بیت، یک صفر یا یک، یا یک جریان که درون قطعه کامپیوتر شما قطع و وصل میشود شبیهسازی میکند. یک کامپیوتر کوانتومی کاملاً متفاوت است. یک بیت کوانتومی هویتی سیالتر و غیر دودویی دارد. میتواند به صورت یک برهمنهی یا ترکیبی از صفر و یک وجود داشته باشد، با مقداری احتمال صفر شدن و مقداری احتمال یک شدن. به بیان دیگر، هویت آن یک طیف است. به طور مثال، میتواند ۷۰ درصد احتمال صفر شدن و ۳۰ درصد احتمال یک شدن داشته باشد یا ۸۰-۲۰ یا ۶۰-۴۰. احتمالات بیپایان هستند. ایده کلیدی اینجا این است که باید از مقادیر دقیق صفر و یک بگذریم و اجازه دهیم مقداری عدم قطعیت وجود داشته باشد. پس در طول بازی، کامپیوتر کوانتومی این ترکیب سیال شیرها و خطها را ایجاد میکند، صفر و یک، تا فارغ از اینکه بازیکن چه کار بکند، سکه را بیندازد یا نه، برهمنهی دست نخورده باقی بماند. شبیه هم زدن مخلوطی از دو سیال است. هم بزنید یا نه، دو سیال در مخلوط باقی میمانند، اما کامپیوتر کوانتومی در حرکت آخرش، میتواند صفر و یک را از هم تفکیک کند، و شیرها را کاملاً بازیابی کند تا شما هر بار ببازید.
(Laughter)
(خنده)
If you think this is all a bit weird, you are absolutely right. Regular coins do not exist in combinations of heads and tails. We do not experience this fluid quantum reality in our everyday lives. So if you are confused by quantum, don't worry, you're getting it.
اگر فکر میکنید همه اینها کمی عجیب است، کاملاً حق با شماست. سکههای معمولی در ترکیبات شیرها و خطها وجود ندارند. ما این واقعیت سیال کوانتومی را در زندگی روزمرهمان تجربه نمیکنیم. پس اگر با کوانتوم گیج شدهاید، نگران نباشید، دارید متوجه میشوید.
(Laughter)
(خنده)
But even though we don't experience quantum strangeness, we can see its very real effects in action. You've seen the data for yourself. The quantum computer won because it harnessed superposition and uncertainty, and these quantum properties are powerful, not just to win coin games, but also to build future quantum technologies. So let me give you three examples of potential applications that could change our lives.
اما با وجود اینکه ما بیگانگی کوانتومی را تجربه نمیکنیم، میتوانیم تاثیرات بسیار واقعی آن را در عمل ببینیم. دادهها را خودتان دیدید. کامپیوتر کوانتومی برنده شد زیرا برهمنهی و عدم قطعیت را تحت کنترل داشت، و این ویژگیهای کوانتومی قدرتمند، نه تنها بازی شیر یا خط را میبرند، بلکه برای ساختن فناوریهای کوانتومی آینده نیز به کار میآیند. خب اجازه بدهید سه نمونه از کاربردهای بالقوه آن را به شما ارائه کنم که ممکن است زندگی ما را متحول کنند.
First of all, quantum uncertainty could be used to create private keys for encrypting messages sent from one location to another so that hackers could not secretly copy the key perfectly, because of quantum uncertainty. They would have to break the laws of quantum physics to hack the key. So this kind of unbreakable encryption is already being tested by banks and other institutions worldwide. Today, we use more than 17 billion connected devices globally. Just imagine the impact quantum encryption could have in the future.
اول از همه، عدم قطعیت کوانتومی میتواند برای ساخت کلیدهای محرمانه به کار برود که در ارسال پیامهای رمزگذاری شده از جایی به جای دیگر به کار میروند تا به خاطر عدم قطعیت کوانتومی هکرها دیگر نتوانند کلید را مخفیانه به طور کامل کپی کنند. آنها باید قوانین فیزیک کوانتوم را بشکنند تا بتوانند کلید را هک کنند. خب این گونه رمزهای ناشکستنی همین حالا هم توسط بانکها و سایر موسسهها در سطح جهانی امتحان میشوند. امروز، ما در جهان از بیش از ۱۷ میلیارد دستگاه متصل استفاده میکنیم. فقط تاثیری که رمزگذاری کوانتومی بر آینده دارد را تصور کنید.
Secondly, quantum technologies could also transform health care and medicine. For example, the design and analysis of molecules for drug development is a challenging problem today, and that's because exactly describing and calculating all of the quantum properties of all the atoms in the molecule is a computationally difficult task, even for our supercomputers. But a quantum computer could do better, because it operates using the same quantum properties as the molecule it's trying to simulate. So future large-scale quantum simulations for drug development could perhaps lead to treatments for diseases like Alzheimer's, which affects thousands of lives.
دوم، فناوریهای کوانتومی میتوانند مراقبتهای بهداشتی و پزشکی را هم متحول کنند. برای مثال، طراحی و تحلیل مولکولها در توسعه داروها امروزه مشکلی چالشبرانگیز است، و علت این است که توصیف و محاسبه دقیق تمام خصوصیات کوانتومی تمام اتمهای مولکول از نظر محاسباتی، حتی برای ابررایانههای ما هم کاری دشوار است. اما یک کامپیوتر کوانتومی میتواند بهتر عمل کند، زیرا با استفاده از همان ویژگیهای کوانتومی کار میکند که مولکولی که میخواهد شبیهسازی کند دارد. پس شبیهسازیهای کوانتومی با ابعاد بزرگ برای توسعه داروهای آینده ممکن است منجر به درمان بیماریهایی مانند آلزایمر شود، که هزاران نفر را تحت تاثیر قرار میدهد.
And thirdly, my favorite quantum application is teleportation of information from one location to another without physically transmitting the information. Sounds like sci-fi, but it is possible, because these fluid identities of the quantum particles can get entangled across space and time in such a way that when you change something about one particle, it can impact the other, and that creates a channel for teleportation. It's already been demonstrated in research labs and could be part of a future quantum internet. We don't have such a network as yet, but my team is working on these possibilities, by simulating a quantum network on a quantum computer. So we have designed and implemented some interesting new protocols such as teleportation among different users in the network and efficient data transmission and even secure voting.
و سوم، کاربرد کوانتومی مورد علاقه من دورنوردی اطلاعات از جایی به جای دیگر بدون انتقال فیزیکی اطلاعات است. انگار علمی تخیلی است، اما امکان دارد، زیرا این هویتهای سیال ذرات کوانتومی میتوانند از میان فضا و زمان طوری پیچیده شوند که وقتی چیزی را درباره یک ذره عوض میکنید، میتواند روی دیگری اثر بگذارد، و این راهی برای دورنوردی فراهم میکند. همین حالا هم در آزمایشگاههای تحقیقاتی نشان داده شده است و میتواند بخشی از اینترنت کوانتومی آینده باشد. هنوز چنین شبکهای نداریم، اما گروه من روی این امکانات کار میکنند، و در حال شبیهسازی یک شبکه کوانتومی روی یک کامپیوتر کوانتومی هستند. خب ما پیشنویسهای جالب و جدیدی را طراحی و پیادهسازی کردهایم مثل دورنوردی میان کاربران مختلف در شبکه و انتقال داده با بازدهی بالا و حتی رایدهی محرمانه.
So it's a lot of fun for me, being a quantum physicist. I highly recommend it.
خب برای من فیزیکدان کوانتومی بودن خیلی سرگرم کننده است. به شدت توصیه میکنم.
(Laughter)
(خنده)
We get to be explorers in a quantum wonderland. Who knows what applications we will discover next. We must tread carefully and responsibly as we build our quantum future. And for me, personally, I don't see quantum physics as a tool just to build quantum computers. I see quantum computers as a way for us to probe the mysteries of nature and reveal more about this hidden world outside of our experiences. How amazing that we humans, with our relatively limited access to the universe, can still see far beyond our horizons just using our imagination and our ingenuity. And the universe rewards us by showing us how incredibly interesting and surprising it is.
ما میتوانیم کاشفان سرزمین عجایب کوانتومی باشیم. که میداند کاربرد بعدی که کشف میکنیم چه خواهد بود. باید در ساخت آینده کوانتومیمان با دقت و مسئولانه گام برداریم. و برای من، به شخصه، من فیزیک کوانتومی را فقط ابزاری برای ساخت کامپیوترهای کوانتومی نمیبینم. من کامپیوترهای کوانتومی را راهی میبینم که با آن میتوانیم اسرار طبیعت را کاوش کنیم و چیزهای بیشتری را درباره این دنیای پنهان دور از دسترس تجربهمان آشکار کنیم. چقدر شگفتانگیز است که ما انسانها، با دسترسی نسبتاً محدودمان به کائنات، تنها با استفاده از تخیل و نبوغمان میتوانیم خیلی دورتر از افقمان را ببینیم. و کائنات هم به ما پاداش میدهد و نشانمان میدهد چقدر جالب و شگفتانگیز است.
The future is fundamentally uncertain, and to me, that is certainly exciting.
آینده از اساس ناپایدار است، و برای من، این اساساً هیجانانگیز است.
Thank you.
متشکرم.
(Applause)
(تشویق)