The Quantum InternetYouTube↗  IA↗(long shot)
Education  569K views 20.7K likes   15 Jul 2019
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You must specify your email and describe the problem in detail
Describe your problem in detail if it's not obvious

Contributed subtitles
Portuguese Wesley da Silva
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when we finally have a quantum internet you'll be able to simultaneously like
Quando nós finalmente tivermos uma internet quântica, você conseguirá simultaneamente dar um like e um dislike
and dislike this video
nesse vídeo.
but we don't yet so i hope you like it [Music]
mas ainda não temos. Então eu espero que você dê um like.
the world is widely regarded as being well and truly into the digital age also
O mundo foi agraciado por entrar definitivamente na era digital, também chamada
called the information age no longer our
a era da informação
economies and industries solely characterized by the physical goods they
Não mais as economias e industrias seriam caracterizadas pelos bens físicos que eles produzem,
produce and in fact some of the largest companies in the world produce no
e de fato, algumas das maiores companhias do mundo não produzem itens físicos.
physical goods at all digital information is a commodity in its own right
Informação digital é uma comodity por direito.
as discussed in our previous episode this worldwide digital economy is
Como discutimos em nosso episódio anterior, essa nova economia digital é fundamental
fundamentally reliant on certain cryptographic processes currently these
em processos criptográficos especificos.
processes work in the realm of classical cryptography but one day soon this may
Atualmente esses processos funcionam no reino da criptografia clássica, mas em breve
not be enough and so quantum cryptographic methods and algorithms are
isso pode não ser o bastante, por isso, métodos e algoritmos quânticos estão sendo desenvolvidos.
being developed however it's one thing to design a protocol it's something else entirely to
Entretanto, uma coisa é criar um protocolo, outra completamente diferente é criar um
build a system to support it to
sistema que suporte isso.
understand what needs to be done we need to get to the foundations of quantum
Para entender como isso pode ser feito, precisamos entender os fundamentos da mecânica quântica
mechanics we need to talk about quantum information theory
Nós precisamos falar sobre a Teoria da Informação Quântica.
first plain old non-quantum information theory the study of the creation storage
Primeiro, vamos entender o inicio da teoria da informação, o estudo da criação, armazenamento
and transmission of information typically in the form of classical bits ones and zeros
e transmissão da informação, tipicamente em forma de bits clássicos, 1's e 0's.
claude shannon started it all with his 1948 paper a mathematical theory of communication
Claude Shannon iniciou tudo isso com seu estudo de 1948 "Uma Teoria Matemática da Comunicação"
which quantified the rate of digital information that can be transferred without error given the amount of noise
que quantificou a taxa de informação digital que pode ser transmitida sem erros dependendo
in a communication channel
da quatidade de ruídos no canal de comunicação.
information theory has since blossomed into a full science ultimately
Desde então a teoria da informação se expandiu em uma ciência, recentemente conectando o
connecting the concept of information and certain fundamentals of physics such as entropy and also quantum theory
conceito de informação e certos fundamentos de física - como a entropia, e também a teoria quântica.
quantum information theory parallels classical information theory but instead
A teoria quântica da informação é similar a teoria clássica, mas ao invés de utilizar os clássicos bits,
of using classical bits it deals in bits of quantum information qubits
ela lida com bits de informação quântica - os qubits.
qubits enjoy all of the weirdness of quantum mechanics they can be in a
Os Qubits carregam toda a esquisitice da mecanica quântica, eles podem estar em superposição
superposition of many states at once defined only when they're measured two qubits can be entangled with each
de vários estados ao mesmo tempo, definido apenas quando eles são medidos, dois qubits podem estar emaranhados
other so both of their states are determined when one is measured they can
um com o outro, dessa forma ambos os estados são definidos quando ocorre uma medição. Eles podem
even be teleported
até se teletransportarem.
qubits are also subject to some fundamental restrictions which i'll get
qubits também são alvos de algumas restrições fundamentais, as quais irei comentar.
to those restrictions on top of all of that weirdness define the challenge of
Essas restrições, acima de toda a esquisitice, definem o desafio de transmissão e armazenamento
transmitting and storing quantum
da informação quântica.
information but first a reminder of why we want to muck around with quantum info in the first place
Mas primeiro, um lembrete do porquê estamos mexendo com informação quântica pra variar.
first there's the whole quantum computer thing now in those the ability for a
Primeiro, tem toda aquela coisa da computação quântica - onde, a habilidade do qubit
qubit to hold many simultaneous states can lead to massive speedups in certain types of computing
manter tantos estados simultâneos podem levar a um GIGANTESCO avanço em certos tipos de computação.
and partly motivated by the cryptographic cracking power of the quantum computer we also want to think
Também motivado pelo poder de quebra de criptografias dos computadores quânticos, nós também queremos
about a quantum internet in fact we
pensar um pouco sobre a internet quântica.
already did
que de fato, nós já fizemos.
in our episode on quantum key distribution we talked about two schemes
Em nosso episódio de distribuição de chaves quânticas, nós falamos sobre dois modelos para compartilhamento criptográfico
for sharing cryptographic keys that should be far more secure than their classical counterparts but these only
chaves que podem ser MUITO mais seguras que suas versões clássicas.
work if you can actually send in tangled quantum states between parties that
Mas elas apenas funcionam se você conseguir emaranhar estados quânticos entre as partes - isso
means transmitting qubits over long distances perfectly intact
significa transmitir qubits a uma longa distância perfeitamente intactos.
so ultimately what is preventing us from just setting up these networks and
Então por fim, o que está nos impedindo de apenas configurar essas redes e ativar essa
getting on with it we can already send
bagaça?
photons of light very long distances using lasers or fiber optics and those
Nós já conseguimos enviar fótons de luz a grandes distâncias usando lasers ou fibra óptica
photons are pretty quantum
e esses fótons são bem quânticos.
the problem is that to transmit quantum information we have to pay attention to
O problema é que para transmitir informação quântica nós temos que prestar atenção nos fótons individualmente
individual photons quanta of light
Quantas de Luz.
to transfer classical information using light each bit is encoded with many
Para transferir informação clássica usando luz, cada bit é códificado com vários fótons, e
photons and many can be lost or altered on route without compromising the signal
vários podem ser modificados ou alterados no caminho, comprometendo a qualidade do sinal
if too many photons are lost you can just run the channel through a repeater
se muitos fótons estão sendo perdidos você pode jogar o sinal em um repetidor,
which reads the signal and boosts it with extra photons
que vai ler o sinal e fortalecer ele com fótons extras.
it's much harder to transmit single photons in a way that perfectly maintains their quantum state and it's
É muito mais díficil transmitir fótons individualmente de uma forma que seu estado quântico
fundamentally impossible to boost that signal by duplicating those photons
seja mantido. É fundamentalmente impossível fortalecer o sinal duplicando os fótons.
this impossibility is referred to as the no cloning theorem
Essa impossibilidade é conhecida como Teorema da Não-clonagem.
it simply states that you cannot take a quantum state and copy it perfectly and
Basicamente ele diz: "Você não pode copiar perfeitamente um estado quântico e terminar
end up with two copies of the same state existing at the same time
com duas cópias do mesmo estado existindo ao mesmo tempo".
this is connected to the law of conservation of quantum information
Isso está conectado com a lei de conservação de informação quântica, que nós falamos antes
which we've also talked about before it comes from the fact that every quantum state in the universe must be perfectly
Isso vem do fato de que cada estado quântico deve ser
traceable single quantum state to single quantum state both forwards and backwards in
perfeitamente rastreável - estado quântico para estado quântico - ambos a frente e
time that prohibits a quantum state vanishing but also splitting in two or
atrás no tempo. Isso impede o desaparecimento de um estado quântico, mas também a divisão em dois - ou ser copiado.
being copied the no cloning theorem means that as soon as you try to read a
O teorema da Não-clonagem mostra que no momento que você lê um qubit, que você deve
qubit which you have to do at some point in order to make a copy you disturb the state in such a way that you'll never
fazer em algum momento para conseguir fazer a cópia, você incomoda o estado de tal forma que você nunca
end up with two exact copies of the same
vai ter duas cópias exatamente iguais daquele mesmo estado quântico.
quantum state plus even if you could copy it you wouldn't really be able to transmit an
Além disso, se você conseguisse copiar, você não conseguiria transmitir o emaranhamento quântico
entangled quantum state because the act of reading the state to copy it would destroy the entanglement through a
porquê o ato de ler o qubit para copia-lo iria destruir o emaranhamento
phenomenon called decoherence
através de um fenômeno chamado Decoerência.
while it's impossible to copy a qubit it is possible to overwrite one
Enquanto é impossível copiar um qubit, é possível sobrescrever um - e isso pode
and it can be overwritten with exactly the same state but in a completely different location in other words
ser sobrescrito com exatamente o mesmo estado, mas em um local completamente diferente
qubits can be teleported
Em outras palavras, qubits podem ser teletransportados.
this doesn't allow faster than light communication nor teleportation of actual matter because a classical
Isso não permite comunicação mais rápida que a luz, ou teleporte de matéria porque um canal clássico de transmissão abaixo da velocidade da luz
sublight speed channel is still needed to extract the information
ainda é necessário para extrair a informação.
but quantum information does allow us to massively extend the range over which we
Mas o teleporte quântico SIM permite que nós aumentemos massivamente a distância a qual nós podemos
can send an intact qubit no copying or
enviar um qubit intacto.
boosting needed think of it this way two
Sem copia ou aceleração necessária. Pense da seguinte maneira.
people let's say bill and ted are connected by a classical
Duas pessoas, vamos supor Bill e Ted, estão conectados por um canal clássico e outro canal
channel and a quantum channel the
quântico.
classical channel can be anything a fiber optic cable a telephone wire the
O canal clássico pode ser qualquer coisa - um cabo de fibra óptica, um fio de telefone, ou uma caixa de
pony express whatever while the quantum channel needs to carry intact quantum
correios, tanto faz, desde que o canal quântico carregue o estado quântico intacto - Então
states so it's probably fiber optics
provavelmente fibra óptica.
a pair of entangled particles are created and bill and teared receive one
Um par de partículas emaranhadas é criado, e Bill e Ted recebem cada um através do
each via the quantum channel
canal quântico.
bill has qubit a and ted has qubit b now let's say bill wants to send a
Bill tem o qubit A e Ted tem o qubit B. Agora, dizemos que Bill quer enviar uma mensagem a Ted e
message to ted and that message is stored in the state of a third qubit qubit c that would be only one bit of
essa mensagem é armazenada como o terceiro estado do qubit - qubit C. Aqui será apenas um
information but you could always use more qubits
bit de informação, mas você pode usar mais qubits.
to send that message bill performs a particular type of measurement on his qubits called a bell measurement not a
Para enviar essa mensagem, Bill realiza uma medição especifica em seu qubit chamada de
bill measurement performing this
Medição de Bell.
measurement simultaneously on a and c entangles these qubits but breaks the
Realizar essa medição simultaneamente em A e C emaranha esses qubits, mas quebra
entanglement between a and b however qubit b then has to be in
o emaranhamento entre A e B. Entretanto qubit B precisaria estar em qualquer estado que C
whatever state c was in prior to this
estava no inicio da medição.
measurement let's look at a more concrete example though i have to say this is way oversimplified qubits a and
Vamos olhar um exemplo mais concreto - Vou tentar dar uma simplificada aqui.
b could be the polarization states of
Qubits A e B podem ser o estado da polarização de dois fótons.
two photons they're entangled so they have opposite polarization say one is
Eles estão emaranhados então eles possuem estados opostos, vamos dizer que um é vertical e o outro
vertical and one is horizontal
é horizontal.
measure one and you immediately know the
Faça a medição em um e imediatamente você saberá o outro.
other now bill takes photon a and entangles it with photon c using a bell
Agora Bill pega o fóton A e emaranha com o fóton C usando a medição de Bell para que
measurement so that now a and c have opposite polarizations photon b which
agora A e C tenham polarizações opostas.
was opposite to a must now have the same polarization as the original photon c
Fóton B, que é oposto a A, precisa agora ter a mesma polarização que o fóton original C.
at this point the original quantum state of photon c which contained the message has been almost completely teleported to
Nesse ponto, o estado quântico original do fóton C foi quase praticamente todo teleportado
photon b the reason it's an incomplete explanation is that there is more to the
para o fóton B. A razão disso estar incompleto é que existem mais estados quânticos
quantum state of c than simply the aspect of polarization that is fixed by the entanglement
de C do que o simples aspecto da sua polarização que está fixada pelo emaranhamento.
the remaining information of the quantum state is actually obtained by observing
A informação restante do estado quântico é atualmente obtida observando o resultado
the outcome of the process that generated the entanglement itself
do processo que gera o emaranhamento por si só.
this measurement outcome is encoded in two classical bits which bill sends to
Esse resultado da medição é codificado em dois bits clássicos, os quais Bill enviou para Ted através
ted along the classical channel
do canal clássico.
using the information in these two bits ted can then calibrate a measurement of
Usando a informação desses dois bits, Ted pode então calibrar a medição sozinho
his own qubit b after which that qubit will be in the state that qubit c was at the start
de seu qubit B, após aquele qubit estar no estado que o qubit C estava no inicio.
now a minor technical caveat is that if you are only using photonic qubits then
Um pequeno empecilho que você pode ter usando qubits fotónicos, então não é tão fácil
it's not so easy to perform a bell measurement they will give all of the information we need for this final step
de realizar uma medição de Bell que irá te dar toda a informação necessária para esse passo final
but all of this is definitely possible with mata qubits
mas é definitivamente possível para qubits de matéria.
combined with a quantum key distribution protocol this can give a mechanism for
Combinados com um protoclo de distribuição de chave quântica, isso pode nos dar um mecanismo para uma comunicação segura.
secure communication it can also be used to transmit quantum information over longer distances than we could normally
Isso também pode ser usado para transmitir informação quântica por longas distâncias que nós normalmente
send in tangled particles just position
enviar partículas emaranhadas.
repeaters along the quantum channel between bill and ted bill performs the
apenas posicionando repetidores através do canal quânticos entre Bill e Ted.
above trick with the nearest repeater
Bill realiza o truque acima com o repetidor mais próximo, aquele repetidor se comunica com
that repeater communicates with the next repeater and so on until we reach ted who should still get a copy of the original qubit c in principle this can
o próximo repetidor, e assim sucessivamente até chegar em Ted - que ainda tem uma copia do qubit C original.
be done without the quantum channel ever
A principio isso pode ser feito sem a necessidade de um canal quântico se tranformando em algo
becoming unquantum which means it stays
"des-quântico."
secure
O que significa que isso continua seguro.
okay sounds easy right well there are
Mas é, tá parecendo fácil demais né, mas pera ai que tem uns probleminhas
complications it's pretty much impossible to do all the transmissions entanglements and
É praticamente impossível realizar todas as transmissões, entrelaçamentos e medições
measurements in perfect synchrony
em perfeita sincronia.
quantum states have to somehow be stored by bill by ted and by the repeaters in
Estados quânticos precisam de alguma forma ser armazenados - por Bill, por Ted, e pelo repetidores no caminho.
between this typically means transferring a quantum state between a photon and a matter particle say an
Isso de certa forma significa transferir um estado quântico entre um fóton e uma partícula de matéria
electron whose up or down spin direction can be entangled with the polarization
digamos, um elétron que pode ter um spin nas direções "up" ou "down" ser emaranhado com a polarização
state of the photon
de um fóton.
but storing delicate quantum states for in length of time is hard work
Mas armazenar dados quânticos tão delicados e por um período indefinido é BEM TENSO
especially if you don't want insanely expensive super cool devices
Especialmente se você não quer gastar uma grana INSANA com dispositivos de resfriamento.
experimentalists have of course come up with a number of ingenious solutions
Experimentalistas tem é claro criado várias soluções engenhosas, indo desde um
ranging from storing entangled photon quantum states in a cloud of cesium atoms a kind of quantum atomic disk
armazenamento de emaranhados de estados quanticos de fóton, em uma nuvem de átomos de césio, um tipo de
drive or in the spin state of a single electron in a nitrogen atom embedded in
HD Quanticamente Atômico, ou o estado do "spin" de um eletrón em um átomo de nitrogênio emaranhado
a diamond crystal
em um cristal de diamante.
in the future if entangled states can be maintained for long periods it may be
No futuro, se estados emaranhados puderem ser mantidos por longos períodos, então pode ser possível
possible for two people to hold a large array of mutually entangled qubits which
para duas pessoas manterem uma grande quantidade de qubits entrelaçados mutualmente, os quais eles podem usar para
they could use to communicate by exchanging classical bell measurement
comunicar-se compartilhando dados clássicos de medição Bell.
data this could also be done between many individuals and a centralized node a
Isso pode também ser feito entre vários individuos e um nó centralizado - um tipo de quadro de distribuição
sort of quantum switchboard
quântico.
there are also proposals for removing the need for physical storage altogether
Também existem propostas para remover a necessidade de armazenamento físico, com
with repeaters that are entirely
repetidores que são inteiramente fotónicos.
photonic these are great because they're much much faster than repeaters that
Isso seria ótimo, porque eles são muito, muito mais rápidos que repetidores que precisam transferir
have to transfer quantum states between photons and matter particles so the
estados quânticos entre fótons e partículas de matéria.
current state of the art is that entangled quantum states have been
Então o estado atual dessa tecnologia é que o estados quânticos emaranhados são transmitidos com
transmitted with photons using fiber optics and lasers
fótons usando fibra ótica ou lasers.
some researchers have even succeeded in bouncing entangled photons off a satellite
Alguns pesquisadores tiveram sucesso em lançar fótons emaranhados fora de um satélite
these photons can then transfer their entangled states into a variety of matter storage systems which may
Esses fótons podem então transferir seus estados emaranhados para uma variedade de sistemas de armazenamento de matéria,
eventually serve as repeaters to extend the range and connect a network of these
o que pode eventualmente servir como repetidor para estender a distância e conectar a rede
quantum channels
desses canais quânticos.
reliability and speed are not where we need them to be but the progress is fast
Eles ainda não atingiram uma boa confiabilidade e velocidade, mas o progresso é rápido
we currently live in the information age but it's a classical information age now
Atualmente nos vivemos na era da informação, mas é a era da informação clássica
we've gone pretty fast sending streams of ones and zeros around the world but
Nós já fomos bem longe enviando dados de 1's e 0's ao redor do mundo, mas se
if we could build truly quantum networks we'll also be able to build the next
nós pudessemos construir uma rede verdadeiramente quântica, nós também poderemos construir a próxima geração
generation of cryptographic protocols distributed quantum computers as well as
de protocolos criptograficos, computadores quânticos distribuídos, como também atingir novos níveis de
achieve new levels of atomic clock synchronization and extreme precision in our interferometric telescopes
sincronização de hora atômica e extrema precisão em nossos telescópios interferométricos.
the quantum information age is around
A era da informação quântica está logo ali e está chegando
the corner but i'm guessing we'll just go with quantum age as the quantum internet enables us to take advantage of
Eu imagino que nós vamos para a "era quântica" assim que a internet quântica nos deixar
the incredible properties of our quantum space time
obter vantagens das incríveis propriedades de nosso espaço-tempo quântico.
in a recent episode we talked about thorium and the future of nuclear energy
Em nosso episódio anterior nos falamos sobre Thorium e o futuro da energia nuclear
you guys had a lot to say austin whole book says that we need to do a better job of breaking the common misconception the nuclear power plants can explode
Vocês fizeram vários comentários e eu não vou traduzir todos eles, sorry!
like atom bombs in fact they cannot and i wish we'd done a better job emphasizing that it's really really hard to even make a
critical mass of fissile material explode like an atom bomb it's a very precise engineering feat and there's absolutely no way that a bunch of fuel
rods can do that dairy 662 points out that proliferation is an especially lower risk from thorium reactors due to the fact that uranium-233 bred by that
reactor is very difficult to handle in bomb making that's because it decays into protactinium isotope that itself decays to emit a very high energy gamma
ray and that gamma-ray radiation can fry bomb electronics and is relatively easily detected now this is a very good point although it's not quite foolproof
because the decay products leading to protactinium can potentially be separated and removed that said anything that raises the bar
on proliferation is good now i feel that the greatest proliferation threat is easy acquisition of weaponizable material by small crackpot outfits that
probably couldn't do that separation easily sam ferguson mentions the pebble bed reactor and yes that is a good one that we had to cut from the script due
to length nuclear fuel typically uranium is encased in graphite balls the balls act as the moderator so that
each pebble emits neutrons with the correct speed for sustaining fission in surrounding pebbles they all lie in a big pile and spent pebbles are cycled
out through the bottom it's cool because it's passively cooled by gas flow for example helium a gas coolant means that the coolant can't boil like it did in
chernobyl and in fact the system has a much higher temperature tolerance even if the coolant escapes natural air circulation
should keep it sub meltdown temperature one problem is that it's hard to access and inspect individual pebbles in the middle of the pile so cracks in the
graphite can go undetected still it seems a lot safer than a traditional light water reactor taco fsx asks why the absorption of neutrons transforms
uranium-238 into plutonium-239 so yeah i kind of breezed over that point absorption of a neutron by itself
doesn't change the element type just the isotope so u238 turns to u239 still with 92 protons but u239 is unstable and the extra neutron quickly decays via beta
decay into a proton emitting an electron and a neutrino bumping it one up on the periodic table now this is a common process and it's
actually how all of the so-called transuranic elements get created in fission reactors corey johnson notes that this discussion
about thorium reactors is moot because fusion reactors are only 20 years away for those who don't find that hilarious let me pedantically explain corey's joke
fusion has been projected to be 20 years away for 50 or so years kawashi hitori points out that wind and solar won't build battle mechs
just saying now this is a very important point funnies aside you can't run an energy-hungry compact vehicle on solar
or batteries for very long battlemechs submarines spaceships delorean time machines nuclear is probably the easiest option
for the badass vehicles of the future [Music]
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