ABOUT THE SPEAKER
Shohini Ghose - Quantum physicist, equity advocate
Shohini Ghose explores the strange quantum world of atoms and photons to understand the fundamental laws of the universe and harness them for quantum computing and communication -- and works to make science accessible and inclusive for people of all genders and backgrounds.

Why you should listen

As Shohini Ghose writes: "I've always wanted to be an explorer. As a girl I was inspired by Rakesh Sharma, the first Indian to go to space. I haven't made it to space yet, but I did become an explorer of a strange and exciting new world -- the quantum world of microscopic particles such as electrons and photons. I'm a theoretical physicist who examines how the laws of quantum physics can be harnessed to transform computation and communication. My colleagues and I made the first-ever observations of cesium atoms that demonstrated a connection between chaos theory and quantum entanglement.

"The activist in me questions why only three women have ever won the Nobel Prize in physics. I am passionate about addressing gender issues in science and recently founded the Laurier Centre for Women in Science, the first centre of its kind in Canada. I also work to create a vibrant and inclusive physics community in Canada as the vice president of the Canadian Association of Physicists. I love teaching and have co-authored Canada's largest selling introductory astronomy textbook."

More profile about the speaker
Shohini Ghose | Speaker | TED.com
TEDWomen 2018

Shohini Ghose: Quantum computing explained in 10 minutes

Shohini Ghose: A computação quântica explicada em dez minutos

Filmed:
3,903,897 views

Um computador quântico não é apenas uma versão mais poderosa dos computadores que usamos atualmente; é algo completamente diferente, baseado em um entendimento científico emergente, e mais do que um pouco de incerteza. Entre no mundo das maravilhas quânticas com a bolsista TED Shohini Ghose e aprenda como essa tecnologia detém o potencial de transformar medicamentos, criar criptografia inquebrável e até mesmo teletransportar informações.
- Quantum physicist, equity advocate
Shohini Ghose explores the strange quantum world of atoms and photons to understand the fundamental laws of the universe and harness them for quantum computing and communication -- and works to make science accessible and inclusive for people of all genders and backgrounds. Full bio

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00:12
Let's play a game.
0
917
1321
Vamos jogar.
00:14
Imagine that you are in Las Vegas,
1
2825
2876
Imaginem que vocês estão em Las Vegas,
00:17
in a casino,
2
5725
1351
em um cassino,
00:19
and you decide to play a game
on one of the casino's computers,
3
7100
4016
e decidem jogar em um
dos computadores de lá,
00:23
just like you might play
solitaire or chess.
4
11140
2586
como se jogassem paciência ou xadrez.
00:26
The computer can make moves
in the game, just like a human player.
5
14520
3150
O computador pode movimentar o jogo,
assim como um jogador humano.
00:30
This is a coin game.
6
18438
1700
Esse é um jogo de cara ou coroa.
00:32
It starts with a coin showing heads,
7
20732
3055
Começa com uma moeda mostrando "cara",
00:35
and the computer will play first.
8
23811
1801
e o computador jogará primeiro.
00:37
It can choose to flip the coin or not,
9
25636
2856
Ele pode escolher virar a moeda ou não,
00:40
but you don't get to see the outcome.
10
28516
1809
mas vocês não conseguem ver o resultado.
00:43
Next, it's your turn.
11
31144
1181
A seguir, é a vez de vocês.
00:44
You can also choose
to flip the coin or not,
12
32862
2842
Podem também escolher
virar a moeda ou não,
00:47
and your move will not be revealed
to your opponent, the computer.
13
35728
3460
e seu movimento não será revelado
a seu adversário, o computador.
00:51
Finally, the computer plays again,
and can flip the coin or not,
14
39737
3999
Finalmente, ele joga de novo
e pode virar a moeda ou não,
00:55
and after these three rounds,
15
43760
2691
e, após essas três rodadas,
00:58
the coin is revealed,
16
46475
1929
a face é revelada:
01:00
and if it is heads, the computer wins,
17
48428
2808
se for "cara", o computador ganha;
01:03
if it's tails, you win.
18
51260
1715
se for "coroa", vocês ganham.
01:06
So it's a pretty simple game,
19
54210
1713
É um jogo muito simples,
01:07
and if everybody plays honestly,
and the coin is fair,
20
55947
3393
e, se todos jogarem honestamente,
e a moeda não estiver marcada,
01:11
then you have a 50 percent chance
of winning this game.
21
59364
3762
vocês terão 50% de chance
de ganhar o jogo.
01:15
And to confirm that,
22
63150
2274
Para confirmar isso,
01:17
I asked my students to play
this game on our computers,
23
65448
3135
pedi a meus alunos que fizessem
esse jogo em nossos computadores,
01:20
and after many, many tries,
24
68607
1984
e, após inúmeras tentativas,
01:22
their winning rate ended up
being 50 percent, or close to 50 percent,
25
70615
4040
a taxa de vitória deles acabou
sendo 50% ou próxima disso,
01:26
as expected.
26
74679
1651
conforme esperado.
01:28
Sounds like a boring game, right?
27
76354
2036
Parece um jogo chato, não é mesmo?
01:30
But what if you could play this game
on a quantum computer?
28
78414
3217
Mas, e se você pudesse fazer esse jogo
em um computador quântico?
01:34
Now, Las Vegas casinos
do not have quantum computers,
29
82665
3080
Os cassinos de Las Vegas
não têm computadores quânticos,
01:37
as far as I know,
30
85769
1741
que eu saiba,
01:39
but IBM has built
a working quantum computer.
31
87534
3436
mas a IBM fabricou um computador
quântico que está em operação.
01:42
Here it is.
32
90994
1197
Aqui está.
01:44
But what is a quantum computer?
33
92605
1484
Mas, o que é um computador quântico?
01:46
Well, quantum physics describes
34
94534
2809
A física quântica descreve
01:49
the behavior of atoms
and fundamental particles,
35
97367
3770
o comportamento dos átomos
e das partículas fundamentais,
01:53
like electrons and photons.
36
101161
2483
como elétrons e fótons.
01:55
So a quantum computer operates
37
103668
1724
Um computador quântico opera controlando
o comportamento dessas partículas,
01:57
by controlling the behavior
of these particles,
38
105416
2607
02:00
but in a way that is completely different
from our regular computers.
39
108047
3666
mas de uma maneira totalmente diferente
dos computadores comuns.
02:04
So a quantum computer
is not just a more powerful version
40
112279
3896
Ele não é apenas uma versão mais poderosa
de nossos computadores atuais,
02:08
of our current computers,
41
116199
2105
assim como uma lâmpada
não é uma vela mais poderosa.
02:10
just like a light bulb
is not a more powerful candle.
42
118328
4007
02:14
You cannot build a light bulb
by building better and better candles.
43
122359
4119
Não se pode fabricar uma lâmpada
fazendo velas cada vez melhores.
02:19
A light bulb is a different technology,
44
127048
2215
Uma lâmpada tem uma tecnologia diferente,
02:21
based on deeper scientific understanding.
45
129287
2654
baseada em um conhecimento
científico mais profundo.
02:23
Similarly, a quantum computer
is a new kind of device,
46
131965
3737
De maneira semelhante, um computador
quântico é um novo tipo de aparelho,
02:27
based on the science of quantum physics,
47
135726
2749
baseado na ciência da física quântica.
02:30
and just like a light bulb
transformed society,
48
138499
3150
Assim como a lâmpada
transformou a sociedade,
02:33
quantum computers
have the potential to impact
49
141673
2660
os computadores quânticos
têm o potencial de impactar
02:36
so many aspects of our lives,
50
144357
1877
inúmeros aspectos de nossa vida,
02:38
including our security needs,
our health care and even the internet.
51
146258
3928
inclusive nossas
necessidades de segurança,
nossa assistência médica
e até mesmo a internet.
02:42
So companies all around the world
are working to build these devices,
52
150837
4301
Empresas de todo o mundo estão trabalhando
para fabricar esses aparelhos.
02:47
and to see what
the excitement is all about,
53
155162
2335
Para entender do que se trata
todo esse entusiasmo,
02:49
let's play our game on a quantum computer.
54
157521
2150
vamos jogar em um computador quântico.
02:52
So I can log into IBM's
quantum computer from right here,
55
160862
4773
Posso me conectar ao computador
quântico da IBM daqui mesmo,
02:57
which means I can play the game remotely,
56
165659
2475
o que significa que posso
jogar remotamente,
03:00
and so can you.
57
168158
1150
e vocês também.
03:02
To make this happen, you may remember
getting an email ahead of time, from TED,
58
170151
5422
Para isso acontecer, devem se lembrar
de ter recebido um e-mail do TED
03:07
asking you whether you would choose
to flip the coin or not,
59
175597
3725
perguntando se vocês escolheriam
virar a moeda ou não,
03:11
if you played the game.
60
179346
1695
caso tenham jogado.
03:13
Well, actually, we asked you to choose
between a circle or a square.
61
181065
4868
Na verdade, pedimos que escolhessem
entre um círculo e um quadrado.
03:17
You didn't know it, but your choice
of circle meant "flip the coin,"
62
185957
3842
Vocês não sabiam, mas sua escolha
de círculo significava "virar a moeda";
03:21
and your choice of square
was "don't flip."
63
189823
2157
sua escolha de quadrado, "não virar".
03:24
We received 372 responses.
64
192723
2841
Recebemos 372 respostas.
03:27
Thank you.
65
195588
1190
Obrigada.
03:28
That means we can play 372 games
against the quantum computer
66
196802
4468
Isso significa que podemos ter 372 jogos
contra o computador quântico
03:33
using your choices.
67
201294
1628
usando a escolha de vocês.
03:34
And it's a pretty fast game to play,
68
202946
2245
É um jogo muito rápido.
03:37
so I can show you the results right here.
69
205215
2207
Assim posso lhes mostrar
os resultados aqui mesmo.
03:40
Unfortunately, you didn't do very well.
70
208231
2306
Infelizmente, vocês
não se saíram muito bem.
03:42
(Laughter)
71
210561
2073
(Risos)
03:44
The quantum computer won
almost every game.
72
212658
3056
O computador quântico
venceu quase todos os jogos.
03:48
It lost a few only because
of operational errors in the computer.
73
216159
3722
Perdeu alguns só por causa
de erros operacionais.
03:51
(Laughter)
74
219905
1962
(Risos)
03:53
So how did it achieve
this amazing winning streak?
75
221891
3301
Como foi que ele alcançou
essa incrível série de vitórias?
03:58
It seems like magic or cheating,
76
226224
2493
Parece magia ou trapaça,
04:00
but actually, it's just
quantum physics in action.
77
228741
2378
mas, na verdade, é apenas
a física quântica em ação.
04:03
Here's how it works.
78
231780
1576
Eis como funciona.
04:05
A regular computer simulates
heads or tails of a coin as a bit,
79
233380
5452
Um computador comum simula
o cara ou coroa de uma moeda como um bit,
04:10
a zero or a one,
80
238856
1655
de valor zero ou um,
04:12
or a current flipping on and off
inside your computer chip.
81
240535
3880
ou uma corrente se ligando e desligando
dentro do chip de seu computador.
04:16
A quantum computer
is completely different.
82
244439
2080
Um computador quântico
é totalmente diferente.
04:19
A quantum bit has a more fluid,
nonbinary identity.
83
247250
4513
Um bit quântico tem uma identidade
não binária mais fluida.
04:24
It can exist in a superposition,
or a combination of zero and one,
84
252511
5842
Pode existir em uma superposição,
ou combinação de zero e um,
04:30
with some probability of being zero
and some probability of being one.
85
258377
4706
com alguma probabilidade de ser zero
e alguma probabilidade de ser um.
04:35
In other words,
its identity is on a spectrum.
86
263545
2531
Em outras palavras, a identidade dele
está em um espectro.
04:38
For example, it could have
a 70 percent chance of being zero
87
266790
3803
Por exemplo, poderia haver
uma chance de 70% de ser zero
04:42
and a 30 percent chance of being one
88
270617
2336
e de 30% de ser um,
04:44
or 80-20 or 60-40.
89
272977
4015
ou 80-20 ou 60-40.
04:49
The possibilities are endless.
90
277016
2613
As possibilidades são infinitas.
04:51
The key idea here
91
279653
1366
A ideia principal aqui
04:53
is that we have to give up
on precise values of zero and one
92
281043
4220
é que temos que desistir
de valores precisos de zero e um
04:57
and allow for some uncertainty.
93
285287
1841
e permitir alguma incerteza.
04:59
So during the game,
94
287737
1651
Durante o jogo,
05:01
the quantum computer creates
this fluid combination of heads and tails,
95
289412
4747
o computador quântico cria
a combinação fluida de cara e coroa,
05:06
zero and one,
96
294183
1151
zero e um,
05:07
so that no matter what the player does,
97
295358
2268
de modo que, não importa
o que o jogador faça,
05:09
flip or no flip,
98
297650
1188
vire ou não a moeda,
05:10
the superposition remains intact.
99
298862
2376
a superposição permanece intacta.
05:13
It's kind of like stirring
a mixture of two fluids.
100
301830
3476
É como mesclar a mistura de dois fluidos.
05:17
Whether or not you stir,
the fluids remain in a mixture,
101
305714
4385
Mescladas ou não, os fluidos
permanecem em uma mistura,
05:22
but in its final move,
102
310123
2421
mas, no movimento final,
05:24
the quantum computer
can unmix the zero and one,
103
312568
3940
o computador quântico pode desfazer
a mistura de zero e um,
05:28
perfectly recovering heads
so that you lose every time.
104
316532
3738
recuperando "cara" perfeitamente
para que você perca sempre.
05:32
(Laughter)
105
320294
1570
(Risos)
05:34
If you think this is all a bit weird,
you are absolutely right.
106
322267
3380
Se acham isso um pouco estranho,
estão absolutamente certos.
05:38
Regular coins do not exist
in combinations of heads and tails.
107
326608
4079
Moedas regulares não existem
em combinações de cara e coroa.
05:43
We do not experience
this fluid quantum reality
108
331056
4204
Não vivenciamos
essa realidade quântica fluida
05:47
in our everyday lives.
109
335284
1470
em nossa vida cotidiana.
05:49
So if you are confused by quantum,
110
337247
2254
Se estão confusos com o quantum,
05:51
don't worry, you're getting it.
111
339525
1906
não se preocupem, vocês estão chegando lá.
05:53
(Laughter)
112
341455
3164
(Risos)
05:56
But even though we don't experience
quantum strangeness,
113
344643
4256
Mas, mesmo não vivenciando
a estranheza quântica,
06:00
we can see its very real
effects in action.
114
348923
3158
podemos ver os efeitos
muito reais dela em ação.
06:04
You've seen the data for yourself.
115
352105
1754
Vocês viram os dados por si mesmos.
06:06
The quantum computer won
116
354529
1461
O computador quântico venceu,
06:08
because it harnessed
superposition and uncertainty,
117
356014
4788
porque aproveitou
superposição e incerteza,
06:12
and these quantum properties are powerful,
118
360826
2356
e essas propriedades
quânticas são poderosas,
06:15
not just to win coin games,
119
363206
2278
não apenas para vencer no cara ou coroa,
06:17
but also to build
future quantum technologies.
120
365508
3618
mas também para construir
futuras tecnologias quânticas.
06:21
So let me give you three examples
of potential applications
121
369150
3516
Então, deixem-me dar três exemplos
de possíveis aplicações
06:24
that could change our lives.
122
372690
1460
que podem mudar nossa vida.
06:27
First of all, quantum uncertainty
could be used to create private keys
123
375147
5301
Em primeiro lugar,
a incerteza quântica poderia ser usada
para criar chaves privadas
06:32
for encrypting messages
sent from one location to another
124
380472
3790
para criptografar mensagens
enviadas de um local a outro
06:36
so that hackers could not
secretly copy the key perfectly,
125
384286
5129
de modo que os hackers não pudessem copiar
secretamente a chave com perfeição,
06:41
because of quantum uncertainty.
126
389439
1553
devido à incerteza quântica.
06:43
They would have to break
the laws of quantum physics
127
391809
3786
Eles teriam que quebrar
as leis da física quântica
06:47
to hack the key.
128
395619
1269
para "hackear" a chave.
06:49
So this kind of unbreakable encryption
is already being tested by banks
129
397531
4874
Esse tipo de criptografia inquebrável
já está sendo testado pelos bancos
06:54
and other institutions worldwide.
130
402429
1935
e por outras instituições em todo o mundo.
06:57
Today, we use more than 17 billion
connected devices globally.
131
405357
5449
Atualmente, usamos mais de 17 bilhões
de aparelhos conectados globalmente.
07:03
Just imagine the impact quantum encryption
could have in the future.
132
411619
3500
Imaginem o impacto que a criptografia
quântica poderia ter no futuro.
07:08
Secondly, quantum technologies could also
transform health care and medicine.
133
416171
5730
Em segundo lugar, as tecnologias quânticas
também poderiam transformar
a assistência médica e os medicamentos.
07:14
For example, the design and analysis
of molecules for drug development
134
422427
5301
Por exemplo,
a concepção e a análise de moléculas
para o desenvolvimento de medicamentos
07:19
is a challenging problem today,
135
427752
2395
é um problema que nos desafia hoje em dia,
07:22
and that's because
exactly describing and calculating
136
430171
4952
porque descrever e calcular com exatidão
07:27
all of the quantum properties
of all the atoms in the molecule
137
435147
4102
todas as propriedades quânticas
de todos os átomos da molécula
07:31
is a computationally difficult task,
even for our supercomputers.
138
439273
3651
é uma tarefa computacional difícil,
mesmo para nossos supercomputadores.
Mas um computador quântico
poderia fazer melhor,
07:35
But a quantum computer could do better,
139
443480
2206
07:37
because it operates using
the same quantum properties
140
445710
3254
porque ele opera usando as mesmas
propriedades quânticas
07:40
as the molecule it's trying to simulate.
141
448988
2552
da molécula que está tentando simular.
07:43
So future large-scale quantum
simulations for drug development
142
451564
4777
Assim, simulações quânticas
futuras em larga escala
para o desenvolvimento de medicamentos
07:48
could perhaps lead to treatments
for diseases like Alzheimer's,
143
456365
3286
talvez pudessem levar a tratamentos
para doenças como o Alzheimer,
07:51
which affects thousands of lives.
144
459675
2142
que afeta milhares de vidas.
07:54
And thirdly, my favorite
quantum application
145
462355
3037
E, em terceiro lugar,
minha aplicação quântica favorita
07:57
is teleportation of information
from one location to another
146
465416
4659
é o teletransporte de informações
de um local a outro
08:02
without physically transmitting
the information.
147
470099
3042
sem transmiti-las fisicamente.
08:05
Sounds like sci-fi, but it is possible,
148
473847
3429
Parece ficção científica, mas é possível,
08:09
because these fluid identities
of the quantum particles
149
477300
3719
porque essas identidades fluidas
das partículas quânticas
08:13
can get entangled across space and time
150
481043
3358
podem ficar presas no espaço e no tempo
08:16
in such a way that when you change
something about one particle,
151
484425
3610
de tal maneira que, quando mudamos
algo sobre uma partícula,
08:20
it can impact the other,
152
488059
1456
ela pode impactar a outra,
08:21
and that creates
a channel for teleportation.
153
489539
2658
e isso cria um canal
para o teletransporte.
08:25
It's already been demonstrated
in research labs
154
493039
2609
Já foi demonstrado
em laboratórios de pesquisa,
08:27
and could be part
of a future quantum internet.
155
495672
2921
e poderia ser parte
de uma futura internet quântica.
08:31
We don't have such a network as yet,
156
499219
3347
Não temos essa rede ainda,
08:34
but my team is working
on these possibilities,
157
502590
2904
mas minha equipe está trabalhando
nessas possibilidades,
08:37
by simulating a quantum network
on a quantum computer.
158
505518
3849
simulando uma rede quântica
em um computador quântico.
08:42
So we have designed and implemented
some interesting new protocols
159
510052
3998
Projetamos e implementamos
alguns novos protocolos interessantes
08:46
such as teleportation
among different users in the network
160
514074
5682
como o teletransporte
entre diferentes usuários na rede,
08:51
and efficient data transmission
161
519780
2222
uma eficiente transmissão de dados
08:54
and even secure voting.
162
522026
1603
e até mesmo a votação segura.
É muito divertido pra mim
ser profissional de física quântica.
08:56
So it's a lot of fun for me,
being a quantum physicist.
163
524502
2879
08:59
I highly recommend it.
164
527405
1493
Recomendo muito.
09:00
(Laughter)
165
528922
1958
(Risos)
Começamos a ser exploradores
no mundo das maravilhas quânticas.
09:02
We get to be explorers
in a quantum wonderland.
166
530904
2881
09:05
Who knows what applications
we will discover next.
167
533809
2884
Quem sabe quais aplicativos
descobriremos a seguir?
09:09
We must tread carefully and responsibly
168
537222
2825
Devemos seguir com cuidado
e responsabilidade
09:12
as we build our quantum future.
169
540071
1936
enquanto construímos
nosso futuro quântico.
09:14
And for me, personally,
170
542809
1798
Eu, pessoalmente,
09:16
I don't see quantum physics as a tool
just to build quantum computers.
171
544631
5469
não vejo a física quântica
como uma ferramenta
apenas para construir
computadores quânticos.
09:22
I see quantum computers as a way
for us to probe the mysteries of nature
172
550124
5134
Vejo os computadores quânticos
como uma maneira de investigar
os mistérios da natureza
09:27
and reveal more about this hidden world
outside of our experiences.
173
555282
3912
e revelar mais sobre esse mundo oculto
fora de nossas experiências.
09:31
How amazing that we humans,
174
559218
2102
Que incrível que nós, humanos,
09:33
with our relatively limited
access to the universe,
175
561344
2992
com nosso acesso relativamente
limitado ao universo,
09:36
can still see far beyond our horizons
176
564360
2634
ainda podemos ver muito além
de nosso horizonte
09:39
just using our imagination
and our ingenuity.
177
567018
2580
apenas usando nossa
imaginação e ingenuidade.
09:42
And the universe rewards us
178
570211
2317
E o universo nos recompensa
09:44
by showing us how incredibly
interesting and surprising it is.
179
572552
3928
mostrando a nós como ele é incrivelmente
interessante e surpreendente.
09:49
The future is fundamentally uncertain,
180
577171
3376
O futuro é fundamentalmente incerto,
09:52
and to me, that is certainly exciting.
181
580571
3179
e, para mim, isso é
certamente emocionante.
09:56
Thank you.
182
584344
1151
Obrigada.
09:57
(Applause)
183
585519
6107
(Aplausos)
Translated by Maurício Kakuei Tanaka
Reviewed by Maricene Crus

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ABOUT THE SPEAKER
Shohini Ghose - Quantum physicist, equity advocate
Shohini Ghose explores the strange quantum world of atoms and photons to understand the fundamental laws of the universe and harness them for quantum computing and communication -- and works to make science accessible and inclusive for people of all genders and backgrounds.

Why you should listen

As Shohini Ghose writes: "I've always wanted to be an explorer. As a girl I was inspired by Rakesh Sharma, the first Indian to go to space. I haven't made it to space yet, but I did become an explorer of a strange and exciting new world -- the quantum world of microscopic particles such as electrons and photons. I'm a theoretical physicist who examines how the laws of quantum physics can be harnessed to transform computation and communication. My colleagues and I made the first-ever observations of cesium atoms that demonstrated a connection between chaos theory and quantum entanglement.

"The activist in me questions why only three women have ever won the Nobel Prize in physics. I am passionate about addressing gender issues in science and recently founded the Laurier Centre for Women in Science, the first centre of its kind in Canada. I also work to create a vibrant and inclusive physics community in Canada as the vice president of the Canadian Association of Physicists. I love teaching and have co-authored Canada's largest selling introductory astronomy textbook."

More profile about the speaker
Shohini Ghose | Speaker | TED.com