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Quantum Computing

Prendiamo questo gioco: 1 moneta, si inizia con testa, l’avversario può decidere tre volte se lanciare la moneta senza dirci il risultato, poi è il nostro turno, 3 scelte anche per noi, infine 3 scelte per l’avversario. Noi vinciamo se alla fine la moneta è su croce.

Questo gioco tra due umani ha il 50% di probabilità di vincita. Stessa cosa se giochiamo contro un computer tradizionale.

Ma se giochiamo contro un Quantum Computer.. vince lui il 97% delle volte!

In questo video un piccolissimo saggio della capacità di cambiamento ‘disruptive’ del quantum computing.

(Transcript in italiano, tradotto in automatico da google ;-) )

Facciamo un gioco. Immagina di essere a Las Vegas, in un casinò, e decidi di giocare a uno dei computer del casinò, proprio come potresti giocare a solitari oa scacchi. Il computer può fare mosse nel gioco, proprio come un giocatore umano. Questo è un gioco di monete. Inizia con una moneta che mostra teste e il computer giocherà per primo. Può scegliere di lanciare la moneta o no, ma non si vede il risultato. Quindi, è il tuo turno. Puoi anche scegliere di lanciare la moneta o meno, e la tua mossa non verrà rivelata al tuo avversario, il computer. Alla fine, il computer suona di nuovo, e può lanciare la moneta o no, e dopo questi tre round, la moneta viene rivelata, e se è testa, il computer vince, se è croce, tu vinci.

01:06

Quindi è un gioco abbastanza semplice, e se tutti giocano onestamente e la moneta è giusta, allora hai una probabilità del 50% di vincere questo gioco. E per confermarlo, ho chiesto ai miei studenti di giocare a questo gioco sui nostri computer, e dopo molti, molti tentativi, il loro tasso di vincita è arrivato al 50%, o vicino al 50%, come previsto. Sembra un gioco noioso, giusto?


01:30

Ma se potessi giocare a questo gioco su un computer quantico? Ora, i casinò di Las Vegas non hanno computer quantici, per quanto ne so, ma IBM ha costruito un computer quantico funzionante. Ecco qui.

01:44
Ma cos’è un computer quantico? Bene, la fisica quantistica descrive il comportamento degli atomi e delle particelle fondamentali, come elettroni e fotoni. Quindi un computer quantico opera controllando il comportamento di queste particelle, ma in un modo completamente diverso dai nostri normali computer. Quindi un computer quantico non è solo una versione più potente dei nostri computer attuali, proprio come una lampadina non è una candela più potente. Non puoi costruire una lampadina costruendo candele migliori e migliori. Una lampadina è una tecnologia diversa, basata su una comprensione scientifica più profonda. Allo stesso modo, un computer quantistico è un nuovo tipo di dispositivo, basato sulla scienza della fisica quantistica, e proprio come una lampadina trasformata in una società, i computer quantici hanno il potenziale di influenzare così tanti aspetti della nostra vita, inclusi i nostri bisogni di sicurezza, la nostra salute cura e anche internet.

02:42
Quindi le aziende di tutto il mondo stanno lavorando per costruire questi dispositivi, e per vedere qual è l’entusiasmo, giochiamo il nostro gioco su un computer quantico. Quindi posso accedere al computer quantistico di IBM da qui, il che significa che posso giocare in remoto, e anche tu puoi farlo. Per far sì che ciò accada, potresti ricordarti di ricevere un’e-mail in anticipo, da TED, chiedendoti se avresti scelto di lanciare la moneta o meno, se hai giocato al gioco. Bene, in realtà, ti abbiamo chiesto di scegliere tra un cerchio o un quadrato. Non lo sapevi, ma la tua scelta di cerchio significava “lanciare la moneta”, e la tua scelta del quadrato era “non girare”. Abbiamo ricevuto 372 risposte. Grazie. Ciò significa che possiamo giocare a 372 partite contro il computer quantico usando le tue scelte. Ed è un gioco abbastanza veloce da giocare, quindi posso mostrarti i risultati proprio qui.

03:40
Sfortunatamente, non hai fatto molto bene.

03:42
(Risata)

03:44
Il computer quantico ha vinto quasi tutti i giochi. Ha perso alcuni solo a causa di errori operativi nel computer.

03:51
(Risata)

03:53
Quindi, come ha raggiunto questa incredibile serie vincente? Sembra magia o imbroglio, ma in realtà è solo la fisica quantistica in azione. Ecco come funziona. Un normale computer simula teste o code di una moneta come un bit, uno zero o uno, o una corrente che si accende e si spegne all’interno del chip del computer. Un computer quantistico è completamente diverso. Un bit quantico ha un’identità più fluida e non binaria. Può esistere in una sovrapposizione, o una combinazione di zero e uno, con una probabilità di essere zero e qualche probabilità di essere uno. In altre parole, la sua identità è su uno spettro. Ad esempio, potrebbe avere una probabilità del 70% di essere zero e una possibilità del 30% di essere uno o 80-20 o 60-40. Le possibilità sono infinite. L’idea chiave qui è che dobbiamo rinunciare a valori precisi pari a zero e uno e consentire qualche incertezza. Quindi durante il gioco, il computer quantico crea questa combinazione fluida di teste e code, zero e uno, in modo che, indipendentemente da ciò che fa il giocatore, capovolgi o no, la sovrapposizione rimane intatta. È come mescolare una miscela di due liquidi. Sia che tu stia o meno, i fluidi rimangono in una miscela, ma nella sua mossa finale, il computer quantico può mescolare lo zero e uno, teste perfettamente recuperabili in modo da perdere ogni volta.

05:32
(Risata)

05:34
Se pensi che sia tutto un po ‘strano, hai assolutamente ragione. Le monete regolari non esistono in combinazioni di testa e croce. Non sperimentiamo questa realtà quantica fluida nelle nostre vite quotidiane. Quindi se sei confuso da quantum, non ti preoccupare, lo stai facendo.

05:53
(Risata)

05:56
Ma anche se non sperimentiamo la stranezza quantistica, possiamo vedere i suoi effetti molto reali in azione. Hai visto i dati per te. Il computer quantico ha vinto perché ha sfruttato la sovrapposizione e l’incertezza, e queste proprietà quantistiche sono potenti, non solo per vincere giochi di monete, ma anche per costruire tecnologie quantistiche future. Quindi lascia che ti dia tre esempi di potenziali applicazioni che potrebbero cambiare la nostra vita.

06:27
Innanzitutto, l’incertezza quantistica potrebbe essere utilizzata per creare chiavi private per la crittografia dei messaggi inviati da una posizione all’altra in modo che gli hacker non possano copiare perfettamente la chiave, a causa dell’incertezza quantistica. Dovrebbero rompere le leggi della fisica quantistica per hackerare la chiave. Quindi questo tipo di crittografia indistruttibile è già stato testato da banche e altre istituzioni in tutto il mondo. Oggi utilizziamo oltre 17 miliardi di dispositivi connessi a livello globale. Immagina solo l’impatto che la crittografia quantica potrebbe avere in futuro.

07:08
In secondo luogo, le tecnologie quantistiche potrebbero anche trasformare l’assistenza sanitaria e la medicina. Ad esempio, la progettazione e l’analisi di molecole per lo sviluppo di farmaci è oggi un problema difficile, e questo perché descrivere esattamente e calcolare tutte le proprietà quantistiche di tutti gli atomi nella molecola è un compito computazionalmente difficile, anche per i nostri supercomputer. Ma un computer quantistico potrebbe fare meglio, perché funziona usando le stesse proprietà quantistiche della molecola che sta cercando di simulare. Quindi future simulazioni quantistiche su larga scala per lo sviluppo di farmaci potrebbero portare a trattamenti per malattie come l’Alzheimer, che colpisce migliaia di vite.

07:54
In terzo luogo, la mia applicazione quantistica preferita è il teletrasporto di informazioni da una posizione all’altra senza trasmettere fisicamente le informazioni. Sembra fantascientifico, ma è possibile, perché queste identità fluide delle particelle quantiche possono impigliarsi nello spazio e nel tempo in modo tale che quando si modifica qualcosa su una particella, essa può avere un impatto sull’altra e questo crea un canale per il teletrasporto. È già stato dimostrato nei laboratori di ricerca e potrebbe essere parte di un futuro internet quantistico. Non abbiamo ancora una rete simile, ma il mio team sta lavorando su queste possibilità, simulando una rete quantistica su un computer quantistico. Abbiamo quindi progettato e implementato alcuni nuovi protocolli interessanti come il teletrasporto tra diversi utenti della rete e un’efficiente trasmissione dei dati e persino il voto sicuro.

08:56
Quindi è molto divertente per me, essendo un fisico quantico. Lo consiglio vivamente.

09:00
(Risata)

09:02
Diventiamo esploratori in un paese delle meraviglie. Chissà quali applicazioni scopriremo in seguito. Dobbiamo procedere con attenzione e responsabilmente mentre costruiamo il nostro futuro quantico. E per me, personalmente, non vedo la fisica quantistica come uno strumento solo per costruire computer quantistici. Vedo i computer quantistici come un modo per sondare i misteri della natura e rivelare di più su questo mondo nascosto al di fuori delle nostre esperienze. È incredibile come noi umani, con il nostro accesso relativamente limitato all’universo, possiamo ancora vedere molto oltre i nostri orizzonti usando solo la nostra immaginazione e la nostra ingegnosità. E l’universo ci ricompensa mostrandoci quanto sia incredibilmente interessante e sorprendente.

09:49
Il futuro è fondamentalmente incerto, e per me è sicuramente eccitante.

09:56
Grazie.

09:57
(Applausi)

Quantum Computing

Prendiamo questo gioco: 1 moneta, si inizia con testa, l’avversario può decidere tre volte se lanciare la moneta senza dirci il risultato, poi è il nostro turno, 3 scelte anche per noi, infine 3 scelte per l’avversario. Noi vinciamo se alla fine la moneta è su croce.

Questo gioco tra due umani ha il 50% di probabilità di vincita. Stessa cosa se giochiamo contro un computer tradizionale.

Ma se giochiamo contro un Quantum Computer.. vince lui il 97% delle volte!

In questo video un piccolissimo saggio della capacità di cambiamento ‘disruptive’ del quantum computing.

(Transcript in italiano, tradotto in automatico da google ;-) )

Facciamo un gioco. Immagina di essere a Las Vegas, in un casinò, e decidi di giocare a uno dei computer del casinò, proprio come potresti giocare a solitari oa scacchi. Il computer può fare mosse nel gioco, proprio come un giocatore umano. Questo è un gioco di monete. Inizia con una moneta che mostra teste e il computer giocherà per primo. Può scegliere di lanciare la moneta o no, ma non si vede il risultato. Quindi, è il tuo turno. Puoi anche scegliere di lanciare la moneta o meno, e la tua mossa non verrà rivelata al tuo avversario, il computer. Alla fine, il computer suona di nuovo, e può lanciare la moneta o no, e dopo questi tre round, la moneta viene rivelata, e se è testa, il computer vince, se è croce, tu vinci.

01:06

Quindi è un gioco abbastanza semplice, e se tutti giocano onestamente e la moneta è giusta, allora hai una probabilità del 50% di vincere questo gioco. E per confermarlo, ho chiesto ai miei studenti di giocare a questo gioco sui nostri computer, e dopo molti, molti tentativi, il loro tasso di vincita è arrivato al 50%, o vicino al 50%, come previsto. Sembra un gioco noioso, giusto?


01:30

Ma se potessi giocare a questo gioco su un computer quantico? Ora, i casinò di Las Vegas non hanno computer quantici, per quanto ne so, ma IBM ha costruito un computer quantico funzionante. Ecco qui.

01:44
Ma cos’è un computer quantico? Bene, la fisica quantistica descrive il comportamento degli atomi e delle particelle fondamentali, come elettroni e fotoni. Quindi un computer quantico opera controllando il comportamento di queste particelle, ma in un modo completamente diverso dai nostri normali computer. Quindi un computer quantico non è solo una versione più potente dei nostri computer attuali, proprio come una lampadina non è una candela più potente. Non puoi costruire una lampadina costruendo candele migliori e migliori. Una lampadina è una tecnologia diversa, basata su una comprensione scientifica più profonda. Allo stesso modo, un computer quantistico è un nuovo tipo di dispositivo, basato sulla scienza della fisica quantistica, e proprio come una lampadina trasformata in una società, i computer quantici hanno il potenziale di influenzare così tanti aspetti della nostra vita, inclusi i nostri bisogni di sicurezza, la nostra salute cura e anche internet.

02:42
Quindi le aziende di tutto il mondo stanno lavorando per costruire questi dispositivi, e per vedere qual è l’entusiasmo, giochiamo il nostro gioco su un computer quantico. Quindi posso accedere al computer quantistico di IBM da qui, il che significa che posso giocare in remoto, e anche tu puoi farlo. Per far sì che ciò accada, potresti ricordarti di ricevere un’e-mail in anticipo, da TED, chiedendoti se avresti scelto di lanciare la moneta o meno, se hai giocato al gioco. Bene, in realtà, ti abbiamo chiesto di scegliere tra un cerchio o un quadrato. Non lo sapevi, ma la tua scelta di cerchio significava “lanciare la moneta”, e la tua scelta del quadrato era “non girare”. Abbiamo ricevuto 372 risposte. Grazie. Ciò significa che possiamo giocare a 372 partite contro il computer quantico usando le tue scelte. Ed è un gioco abbastanza veloce da giocare, quindi posso mostrarti i risultati proprio qui.

03:40
Sfortunatamente, non hai fatto molto bene.

03:42
(Risata)

03:44
Il computer quantico ha vinto quasi tutti i giochi. Ha perso alcuni solo a causa di errori operativi nel computer.

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(Risata)

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Quindi, come ha raggiunto questa incredibile serie vincente? Sembra magia o imbroglio, ma in realtà è solo la fisica quantistica in azione. Ecco come funziona. Un normale computer simula teste o code di una moneta come un bit, uno zero o uno, o una corrente che si accende e si spegne all’interno del chip del computer. Un computer quantistico è completamente diverso. Un bit quantico ha un’identità più fluida e non binaria. Può esistere in una sovrapposizione, o una combinazione di zero e uno, con una probabilità di essere zero e qualche probabilità di essere uno. In altre parole, la sua identità è su uno spettro. Ad esempio, potrebbe avere una probabilità del 70% di essere zero e una possibilità del 30% di essere uno o 80-20 o 60-40. Le possibilità sono infinite. L’idea chiave qui è che dobbiamo rinunciare a valori precisi pari a zero e uno e consentire qualche incertezza. Quindi durante il gioco, il computer quantico crea questa combinazione fluida di teste e code, zero e uno, in modo che, indipendentemente da ciò che fa il giocatore, capovolgi o no, la sovrapposizione rimane intatta. È come mescolare una miscela di due liquidi. Sia che tu stia o meno, i fluidi rimangono in una miscela, ma nella sua mossa finale, il computer quantico può mescolare lo zero e uno, teste perfettamente recuperabili in modo da perdere ogni volta.

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(Risata)

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Se pensi che sia tutto un po ‘strano, hai assolutamente ragione. Le monete regolari non esistono in combinazioni di testa e croce. Non sperimentiamo questa realtà quantica fluida nelle nostre vite quotidiane. Quindi se sei confuso da quantum, non ti preoccupare, lo stai facendo.

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(Risata)

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Ma anche se non sperimentiamo la stranezza quantistica, possiamo vedere i suoi effetti molto reali in azione. Hai visto i dati per te. Il computer quantico ha vinto perché ha sfruttato la sovrapposizione e l’incertezza, e queste proprietà quantistiche sono potenti, non solo per vincere giochi di monete, ma anche per costruire tecnologie quantistiche future. Quindi lascia che ti dia tre esempi di potenziali applicazioni che potrebbero cambiare la nostra vita.

06:27
Innanzitutto, l’incertezza quantistica potrebbe essere utilizzata per creare chiavi private per la crittografia dei messaggi inviati da una posizione all’altra in modo che gli hacker non possano copiare perfettamente la chiave, a causa dell’incertezza quantistica. Dovrebbero rompere le leggi della fisica quantistica per hackerare la chiave. Quindi questo tipo di crittografia indistruttibile è già stato testato da banche e altre istituzioni in tutto il mondo. Oggi utilizziamo oltre 17 miliardi di dispositivi connessi a livello globale. Immagina solo l’impatto che la crittografia quantica potrebbe avere in futuro.

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In secondo luogo, le tecnologie quantistiche potrebbero anche trasformare l’assistenza sanitaria e la medicina. Ad esempio, la progettazione e l’analisi di molecole per lo sviluppo di farmaci è oggi un problema difficile, e questo perché descrivere esattamente e calcolare tutte le proprietà quantistiche di tutti gli atomi nella molecola è un compito computazionalmente difficile, anche per i nostri supercomputer. Ma un computer quantistico potrebbe fare meglio, perché funziona usando le stesse proprietà quantistiche della molecola che sta cercando di simulare. Quindi future simulazioni quantistiche su larga scala per lo sviluppo di farmaci potrebbero portare a trattamenti per malattie come l’Alzheimer, che colpisce migliaia di vite.

07:54
In terzo luogo, la mia applicazione quantistica preferita è il teletrasporto di informazioni da una posizione all’altra senza trasmettere fisicamente le informazioni. Sembra fantascientifico, ma è possibile, perché queste identità fluide delle particelle quantiche possono impigliarsi nello spazio e nel tempo in modo tale che quando si modifica qualcosa su una particella, essa può avere un impatto sull’altra e questo crea un canale per il teletrasporto. È già stato dimostrato nei laboratori di ricerca e potrebbe essere parte di un futuro internet quantistico. Non abbiamo ancora una rete simile, ma il mio team sta lavorando su queste possibilità, simulando una rete quantistica su un computer quantistico. Abbiamo quindi progettato e implementato alcuni nuovi protocolli interessanti come il teletrasporto tra diversi utenti della rete e un’efficiente trasmissione dei dati e persino il voto sicuro.

08:56
Quindi è molto divertente per me, essendo un fisico quantico. Lo consiglio vivamente.

09:00
(Risata)

09:02
Diventiamo esploratori in un paese delle meraviglie. Chissà quali applicazioni scopriremo in seguito. Dobbiamo procedere con attenzione e responsabilmente mentre costruiamo il nostro futuro quantico. E per me, personalmente, non vedo la fisica quantistica come uno strumento solo per costruire computer quantistici. Vedo i computer quantistici come un modo per sondare i misteri della natura e rivelare di più su questo mondo nascosto al di fuori delle nostre esperienze. È incredibile come noi umani, con il nostro accesso relativamente limitato all’universo, possiamo ancora vedere molto oltre i nostri orizzonti usando solo la nostra immaginazione e la nostra ingegnosità. E l’universo ci ricompensa mostrandoci quanto sia incredibilmente interessante e sorprendente.

09:49
Il futuro è fondamentalmente incerto, e per me è sicuramente eccitante.

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Grazie.

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(Applausi)

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