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.
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.
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?
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?
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Unfortunately, you didn't do very well.
Helaas, jullie deden het niet erg goed.
(Laughter)
(Gelach)
The quantum computer won almost every game. It lost a few only because of operational errors in the computer.
De kwantumcomputer won bijna elk spel. Het verloor er een paar vanwege operationele fouten in de computer.
(Laughter)
(Gelach)
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.
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.
(Laughter)
(Gelach)
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.
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.
(Laughter)
(Gelach)
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
So it's a lot of fun for me, being a quantum physicist. I highly recommend it.
Een kwantumfysicus zoals ik beleeft een hoop lol. Ik kan het echt aanraden.
(Laughter)
(Gelach)
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.
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.
The future is fundamentally uncertain, and to me, that is certainly exciting.
De toekomst is fundamenteel onzeker en voor mij is dat zeker opwindend.
Thank you.
Dank jullie wel.
(Applause)
(Applaus)