I was blown away for most of the day

このイベントでは コンピューターのパワーと

by the power and the ubiquity of computers.

その遍在性に本当に驚かされています

Not only the fantastic graphics that we've seen,

コンビューターグラフィックも 素晴らしかったし

but to even recognize that musicians these days

最近のミュージシャンは

have a stage filled with computers as part

ステージで演奏する時にも 多くのコンピュータに囲まれ

of their performance was to me very surprising.

演奏の一部を担っていることに気付き 大変驚きました

I want to reduce the essence of computers

今日は コンピュータの本質を

down to their smallest working part.

最も小さな要素に遡って 説明してみたいのです

For the purpose of talking about a resource.

コンピュータの ある動作原理を説明するのですが

A resource that may be useful for increasing the speed of computers.

これは計算スピードを上げると 期待されながら

And one which interestingly is not used today.

興味深いことに今日では まだ利用されていない原理なのです

It's a resource that lives inside of atoms

その仕組みは原子の中にありますが

and it's one that we hope to develop as time goes on.

私は いつか利用できるようになるとの 期待を抱いています

This picture is the working part of every computer.

この図は今日 使われている コンピュータの基本的な部分です

It's the transistor. It's made out of a semiconductor.

ご存知のトランジスターで 半導体で できています

Semiconductor is something that's either a conductor or an insulator

半導体は 電圧をかける向きによって

depending on whether a voltage is applied to it.

電気が流れたり 流れなかったりするのです

The fact that you can control electricity with electricity

電気でもって電気の流れを制御する

means that you can make a machine that can compute.

これはまさに計算機を作ったことに なるのです

As we've heard today these are getting smaller and smaller.

ご存じの様に 半導体はどんどん小型化され

And in fact are approaching the atomic scale.

実際のところ 原子の大きさに近づきつつあり

Only a few hundred or thousand atoms across.

原子数百から数千個の大きさにまで 小さくなっています

Constitutes the wires that are inside

これらが内部で配線され

of these computer that are around us.

我々の身の回りにある コンピュータを作りだしているのです

This little device invented in 1947 is now everywhere.

1947年に発明されたこの小さい素子が 今やどこにでもあるのです

Right now we manufacture

今では毎秒100億個も

about 10 billion transistors every second.

製造されているのです

Most of you probably have 100 million or so

まさに今 皆さんのポケットの中にも

transistors in your pocket right now.

多分１億個ほどのトランジスタが あるでしょう

We live in a world filled with these little objects.

私たちが住む世界は この小さな物体で満ちているのです

But I would like to contrast the way these objects work with

しかしこの物体が動作する仕組みを

the world of atoms that Don was just talking about

ドンが先ほどのトークで語った 原子レベルの世界で

in the previous talk.

説明してみたいのです

Let's think of these transistors as little switches.

トランジスタは小さなスイッチと 考えてみて下さい

As I said, they can be turned on and off with electricity.

前に述べたように 電流でオン・オフの 制御ができるのです

But for all intents and purposes they're on-off switches.

このようなオン・オフの制御を

We can call them 0s and 1s if we like this binary notation.

２進数表現で ０, １と表すこともできるでしょう

Or if we're interested in eventually

もしくは ここでは根本的に

moving to spins, which we'll do in this talk,

スピンの概念に辿りつくので

we can think of them as spinning this way,

こう考えましょう あちら向きのスピンと

or spinning the other way, up or down.

こちら向きのスピン 上向きか 下向きです

But in any case they represent some binary structure.

しかし 何れにしろ ２つの状態を持つということです

The resource that I'd like to talk about,

ここでご紹介したい 動作原理は

the one that's not used in computation

今あるコンピュータでは 使われていませんが

but which lives inside of every atom

各原子の中における 普遍的な現象であり

and makes the world around us work is Quantum Mechanics.

この世の基本的なしくみを説明する 量子力学に基づいているのです

Quantum Mechanics says that switch can be

量子力学の世界では

up and down at the same time.

スイッチは同時に 上下２つの向きを取れます

Just like the particle that can go through 2 slits

１つの粒子が２つのスリットを 同時にすり抜けたり

or any other quantum state

同時に異なる量子状態に あったり するように

a transistor can be on and off

量子力学によると

according to the laws of Quantum Mechanics.

トランジスタは同時に オンになったり オフになったりします

What that means is that you can imagine a machine

これは まるで

that's consistent with all the laws of physics

あなたのポケットの中にある

in which every one of those

１千万や１億個のトランジスタが

10 million, 100 million transistors

物理学の法則に従いながら

in your pocket was simultaneously on and off.

同時にオンになったり オフになったりするようなものです

And not just those two states, but in fact

しかも ２つの状態だけではなく 実際には

every one of the exponentially many states

全体としては指数関数的な数の 組合せとなるのです

that can be formed by imagining

このように考えてみましょう

every one being on or off

各素子が同時にオンにもオフにもなります

and every one that's on can then turn another one on or off

この状態に対し別の素子も 同時にオン・オフの状態になります

but of course it is either on or off

でも 一つの素子が オンやオフになることによって

and it then does or doesn't turn the next on or off, etc.

別の素子が オン・オフが 切り替わるわけではありません

That power lives inside

我々の知る原子の世界では

of the world that we understand of atoms.

このような可能性が秘められているのです

But we don't use it.

でも 我々はこれを利用していません

And it's a strange world.

これは奇妙な世界ですから

In moving from the world of atoms

原子の世界から

to the world of macroscopic objects

巨視的な世界に移る時には

we have to forgo our intuition

日常的な直感には頼れません

and I'll give you an example of that.

例を示しましょう

Take a Helium atom

ヘリウム原子を見てみましょう

the same atom that's in Helium balloons.

フワフワ浮かぶヘリウム風船に 入っている原子です

The two electrons that form the shell

ヘリウム原子の軌道上にある

of the Helium atom have a particular orientation

２つの電子は 先ほどお話しした スピンがあり

with respect to this spin that I talked about.

それぞれ特定の方向を持っています

The angular momentum spinning up or spinning the other way.

スピンが上向きないし下向きの 角運動量があるのです

And that is that they're in some configuration

２つのスピンのこのような関係が

of these two spins. Now what Quantum Mechanics

動作原理の根本にあるのです さて量子力学が―

allows and I should mention this quote of

許容する現象として 私が説明しておかねばならないことは

"Spooky Action at a Distance"

“不気味な遠隔作用”という

is something from Einstein

アインシュタインが決して―

who never quite bought this story of Quantum Mechanics

認めることが無かった 量子力学に関連した現象です

and you'll see why in a second.

どういうものか ここで皆さんに見てもらいましょう

Let's take the two electrons in the Helium atom

ヘリウム原子にある ２つの電子で 考えて見ましょう

and for the language of the day,

これを慣例にならって

I'll call them Up and Down

アップとダウンとしておきます

I won't say which one's is Up and which one's Down.

どちらがアップで とぢらがダウンかは不明です

One of them's Up and the other one's the opposite direction

一方がアップなら 他方は逆のダウンなので

so they can fill in the first shell.

これらは １つ目の電子軌道におさまっています

And I want to take those two electrons

この２つの電子を取り出し

and without disturbing them separate them in space.

何ら作用を受けさせず 空間で離れ離れにしてみます

And I want to give one over here,

１つ目をそちらに いる方に 持って頂きたいと思います

the first seat here, do you mind if I toss you one

そこの席の方 電子の一方を投げますから

of these electrons you have to grab it.

受け取って頂けますね

OK, here you go. You got it? Got it. OK

はい 投げますよ 受け取れましたか？ いいですね

And I need another one over here.

さて そちら側にいる方にも 手伝って頂きたいのです

Michael can you help me out here?

マイケル 手伝っていただけますか？

There's the second electron.

これは２番目の電子です

Now, what I would like you to do -

さて あなた方に やって頂きたいことは―

we didn't disturb the electrons

我々は電子を乱すことなく

we distributed them very gently -

とても そうっと お渡ししましたね―

is to measure yours. Is it Up or Down?

さて アップ ダウン どちらか見てみて下さい

(Inaudible) Charlie: It's Up.

（聞き取り不能） チャーリー： アップだね

Charlie: Michael? Michael: It's Down.

チャーリー： マイケルはどう？ マイケル： ダウンです

Charlie: Down. (Laughter)

チャーリー： ダウン （笑）

Well that was interesting. OK.

これは面白い いいですか

That's right, because we didn't disturb them.

正しい結果です 電子を乱さなかったのですから

Let's do it one more time, just for fun.

もう一度やりましょう 面白いですから はい 投げますよ 受け取れましたか？

Here you go. Got it?

もう一度やりましょう 面白いですから はい 投げますよ 受け取れましたか？

Michael? Good!

マイケルは いいですね！

Wait, I have an idea. Turn your detector sideways.

待って いい考えがあります あなたの検知器を横向きにして下さい

Now is it East or West? (Inaudible)

それは東 それとも西を向いていますか？ （聞き取り不能）

Michael did you hear what he said?

マイケル 聞こえましたか？

You're not listening, right?

もちろん 聞いていませんよね？

East!

東！

Michael, yours is? West!

マイケル 君のは？ 西！

How did you know what his was?

どうやって彼の方角が分かったの？

That's a resource.

これが 一つの原理

Thats's what Quantum Mechanics provides.

量子力学による 素子の動作原理なのです

Quantum Mechanics says that that singlet,

量子力学が主張することは ヘリウム原子にある

the two electrons in the Helium atom,

２つの電子からなる対を

if you could control them and even separate them,

制御し 分離し

even separate them to the outer reaches of the Galaxy,

たとえ銀河の果てまで離したとしても

If you make a measurement,

測定したときに初めて

yours becomes the opposite.

スピンの向きが 互いに逆と分かるということです

And that's a powerful kind of communication.

これは素晴らしい通信手段です

Not quite enough to violate Special Relativity.

一方のスピンを測定した瞬間に

Because immediately as soon as he measured his,

他方のスピンが決まるのは 特殊相対性理論と

yours became something.

矛盾するようで 実はそうではないのです

And we don't use that

この原理を利用した

in any machines that we build these days.

機械は今のところありません

And yet there's little doubt that it's true.

でもこの現象に 疑問の余地が殆どありません

But imagine building some complicated machine.

少し複雑な機械を 想像してみましょう

A bit like a cat or something.

猫かなんかはどうでしょう

And saying that all of these things were together.

これも同じ時に 議論されていたことですが

Now Schrödinger commented on the possibility

シュレーディンガーが 考えたことは

of putting a cat like this together

ネコと装置を一緒にして

and said we can even think of some ridiculous cases.

ちょっと奇妙なことを想定してみたのです

I'm not going to read the quote but you understand that

スライドは読みませんが お分かり頂けますね

the quantum state is going to either knock the cyanide bottle over

２つの量子状態は青酸カリの瓶の 開・閉の重ね合わせ状態です

and it's going to either kill the cat.

それに応じてネコの生死が決まります

And the whole cat is going to be either alive or dead simultaneously.

ネコ一匹そのものが 生でも死でも ある状態なのです

And Schrödinger illustrated this point

シュレーディンガーは この様なシステムが

to represent how impossible such a system was.

起こりえないことを 例示しようとしたのです

But in fact Schrödinger set us up on that one.

しかし彼は そのようなケースを 提示したことになるのです

Because Schrödinger created

シュレーディンガーは

a situation in which if you created the conditions to preserve

あらゆる状態が同時に 重ね合わされ

the simultaneous superposition of all of these states

そして保存されている状況を 作りだしたのです

it would have certainly killed the cat.

ネコを確かに殺してしまうことも あるでしょう

There wouldn't be any air in the room. It would be very low temperature.

部屋に空気が全くなく 極低温の状態であるかもしれません

But computer chips are very happy to work under those conditions.

しかしそれは コンピュータの素子にとって とても好都合な条件です

And so there is no rule that says that

ですから 絶対零度に限りなく近く

we couldn't make a catlike chip that would

真空という環境で作動する

be very happy to work at Absolute zero or near, in vacuum, etc.

猫のようなチップが作れないという 理由はないのです

And what if we could?

では 実現出来たらどうなるのでしょう？

There are examples of problems,

解いてみたい問題の例です

Scott Aaronson told you a little bit about them earlier today.

スコット・アーロンソンが 今日 先ほど少し語ったことです

I don't know if Rives was paying attention during that talk

リーブスがその話を 注意深く聞いていたか知りませんが

but I want some help from Rives

このテストの最初の問題を解くのに

on the first question on this test.

リーブスに手伝ってもらいたいのです

Two prime numbers, smallish, smallish prime numbers,

積が15となる とても小さい ２つの素数はなんでしょう

whose product is 15. Can you help me out?

答えてもらえますか？

Rives: It depends on what you mean by prime. (Laughter)

リーブス： 素数の意味にもよるね (笑)

What's your definition of prime?

素数の定義は何だい？

Charlie: I will exclude 1 for the sake of brevity.

C： 分りやすくするために １は除外しよう

R: Yeah, you wouldn't be the first person today.

R： 今日だれかが言っていたね

I'll go with 3, 5 my final answer.

では ３, ５を最終的な答えとしておこう

C: Fantastic. You did graduate High School.

C： 素晴らしい 高校は卒業しているね

(Laughter)

(笑)

I think I'm going to need Carl Feynman for this one.

次の問題は カール・ファインマンに 手伝ってもらいます

This one's a little bit harder.

これはちょっと難しいですよ

Carl I don't know if you're here? Yeah!

カール ここにいるかい？

(Inaudible)

(聞き取り不能)

It's unfair, It's unfair. It's a hard question.

不公平だ 不公平だ 難問ですね

The answer is 41 x 113.

答えは 41 x 113

And what's interesting about the example

この様な例が興味深いのは

is not only is it a hard question for Carl Feynman

カール・ファインマンにとって 難しいというだけでなく

it's a hard question even for computers.

コンピュータにとっても 難しい問題ということなのです

That is if you take two numbers

２つのとても大きい素数を

that are pretty big and multiply them together

掛け合わせることは

that goes like a snap.

さっとできます

But if you take the thing that you got when you

でもこうやって 掛け合わせて―

multiplied them together

できた数字から

and try to break them apart

もとの２つの素数に分解することは

you're in real trouble.

非常に難しいのです

In fact what I mean by that

もう少し具体的に言うと

is that if the numbers are a thousand bits long

1000ビット長の数字の場合

it would take the age of the universe for even the best computer

最高速のコンピュータを使っても このような問題を解くのに

to solve the problem.

宇宙の年齢ほどかかるでしょう

Now if you could build one of these machines

さて もし重ね合せの原理を

that took advantage of the superposition

利用した計算機を作り

that let all the transistors

全てのトランジスタが

in the circuit be in multiple states at the same time

同時に多重の状態にできるような 回路ができたら

it becomes a very easy problem.

このような問題は とても簡単に解けるのです

Our job, and by our I mean, in my laboratory

我々は つまり 私の研究室と

and the laboratory of several colleagues and friends who are here,

ここにいる研究仲間や 友人のことですが

we're trying to build these chips

このような素子を作ろうとしています

and we're building them out of semiconductors

スピンの原理だけに基づく

only in this case we're using the spin,

半導体を作ろうとしているのです

we're doing the same kind of transformations

２つの電子を離れ離れにして

where we separate the electrons to produce

“量子もつれの状態”のような

the same kind of entangled states.

状態を作りだすようなことです

And how far are we?

どこまで出来たでしょう？

We have about one working.

単一の素子は出来ました

So maybe it's about the equivalent of 1947

ですから 1947年に トランジスターが発明された時と

when this was invented, the transistor.

同じような状態にあると いえるでしょう

And we can see as we go along using

カーボンナノチューブや

either carbon nanotubes or gallium arsenide, or Silicon

ガリウムヒ素 やシリコンを 使っていますが

the kinds of machines that we had to build

現在作れる装置は

and we're at the level now of 1 or 2

まだ トランジスタ １個か２個のレベル

or on a good day 3 transistors

うまく行っても３個のレベルです

And we're waiting for the day that we have...

我々が待ち望んでいるのは

not a hundred billion, but the 300 that we heard about earlier,

何千億ではなく 300程度の素子 これが先ほどお話しした

that would produce an exponential number

指数関数的な数の 量子状態を作りだし

of quantum states and allow computation.

計算が可能になる そんな時代です

We're not there yet. We're still building these chips.

でもまだ その段階ではなく チップを作っているところです

Here's a carbon nanotube with gates on it that produces

これはゲートのあるカーボンナノチューブで

one such spin based quantum chip

スピンの概念に基づいた 量子素子の１つです

and for the next one, and the next one

もう１つの素子 さらにもう１つ

and the next 50 and the next 500 after that

次の段階は50個の素子 更に500個の素子

we're going to have to wait a few more TED meetings.

そこに至るまでにTEDの会合を 何回か待つことになるでしょう

Thank you. (Applause)

どうも有難うございました (拍手)