Data

Tools

Indexes

Applications

Experiments

Awesome

An open API service indexing awesome lists of open source software.

https://github.com/gabboraron/bevezetes_a_kvantuminformatikaba

A kvantuminformatika napjainkban egyre nagyobb teret hódít. Cél a kvantuminformatika, és a benne rejlő lehetőségek megismertetése a hallgatókkal. Betekintés a kvantum számításokat lehetővé tevő architektúrákba, a kvantum elmélet alapjaiba, a kvantum kriptográfiába, a jelenlegi kvantum programozási környezetekbe. Bevezetés a kvantuminformatikába. Kvantum mechanika elméleti alapjai, kvantum kriptográfia alapjai, poszt-kvantumkriptográfia. Legfontosabb kvantum számítástechnikai hardverek, architektúrák, kvantum programozási környezetek, programok.
https://github.com/gabboraron/bevezetes_a_kvantuminformatikaba

kmooc quantum-computing qubit

Last synced: 8 months ago
JSON representation

A kvantuminformatika napjainkban egyre nagyobb teret hódít. Cél a kvantuminformatika, és a benne rejlő lehetőségek megismertetése a hallgatókkal. Betekintés a kvantum számításokat lehetővé tevő architektúrákba, a kvantum elmélet alapjaiba, a kvantum kriptográfiába, a jelenlegi kvantum programozási környezetekbe. Bevezetés a kvantuminformatikába. Kvantum mechanika elméleti alapjai, kvantum kriptográfia alapjai, poszt-kvantumkriptográfia. Legfontosabb kvantum számítástechnikai hardverek, architektúrák, kvantum programozási környezetek, programok.

Awesome Lists containing this project

README 

          
# Bevezetés a kvantuminformatikába

A kvantuminformatika napjainkban egyre nagyobb teret hódít. Cél a kvantuminformatika, és a benne rejlő lehetőségek megismertetése a hallgatókkal. Betekintés a kvantum számításokat lehetővé tevő architektúrákba, a kvantum elmélet alapjaiba, a kvantum kriptográfiába, a jelenlegi kvantum programozási környezetekbe.  Bevezetés a kvantuminformatikába. Kvantum mechanika elméleti alapjai, kvantum kriptográfia alapjai, poszt-kvantumkriptográfia. Legfontosabb kvantum számítástechnikai hardverek, architektúrák, kvantum programozási környezetek, programok.



## Qubit

megvalósítások:

- mikrohullám

- topológikus qubit

- ioncsapda

- gyémánttal



**lényege:** kvantumpárhuzamosságot ad, ellentétben a soros megoldással amit a hagyományos gépek adnak



[zuchongzhi](https://www.sciencealert.com/china-s-latest-56-qubit-computer-marks-another-quantum-milestone) programozható kvantum processzor, jelenlelegi kínai kvantum fölényt biztosítja



Egy qubit sok értéket vehet fel, 2^n állapotot párhuzamosan képes felvenni. [meetiqm chet sheet - pdf](https://meetiqm.com/uploads/files/cheat-sheet-circuit-magicians-hm.pdf)



A kvantuminternet egy olyan hálózat, amely a kvantummechanika törvényein alapuló és azokat kihasználó technológiával teszi lehetővé az információcserét ami qubiteken valósul meg. A küldő és fogadó felek egy kvantumrendszerből nyernek véletlen, de egymással összefüggő adatokat, ezáltal tudnak egy megosztott kulcspárt létrehozni. A  kulcsokat tudják utána biztonságos klasszikus kommunikációra felhasználni, ez a kvantum kulcselosztás.



![[meetiqm chet sheet - kép](https://meetiqm.com/uploads/files/cheat-sheet-circuit-magicians-hm.pdf)](https://www.meetiqm.com/imager/images/74720/cheat-sheet-circuit-magicians_2023319427f4081f6d74a91ada0584b8.jpg)



- törölhetetlen qubitek

- logikai értékeknek megfelelő kubitek

- egy vagy több kubites kapu megoldások

- NP teljes problémák egy részhalmazát lehet megoldani [D-Wave](https://www.dwavesys.com/) megoldásokkal



kvantumpontokról bővebben: https://fizipedia.bme.hu/index.php/Kvantump%C3%B6tty%C3%B6k



- elvileg zaj ellen jobban védett topologikus kvantumszámítási modellek, nagyobb és stabilabb rendszereket lehet épíeni [Majorana részecskék](https://www.youtube.com/watch?v=LTatUEj3oG4)en alapuló gépekkel.

- OpenSuperQ: https://opensuperq.eu/



## Fizikai alapok



![Stern-Gerlach kísérlet](https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/29/Stern-Gerlach_experiment.PNG)



> A Stern–Gerlach-kísérlet lényege: egy inhomogén mágneses téren keresztül ezüstatomokból álló részecskesugarat küldenek át és közben figyelik a részecskék eltérülését. Az eredmények azt mutatták, hogy a részecskék egy ún. belső impulzusmomentummal rendelkeznek, amely igen hasonló a klasszikus forgó testek impulzusmomentumához, de csak bizonyos értékeket vehet fel. 



fényhullám energiája: `e = h * ν` (Pauli) ahol `h` egy kis szám, `ν` a fény frekvenciája, `e` az energiája a fénynek, tehát a foton súlya függ a frekvenciájától.



Két hullámfüggvény öszege is hullámfüggvény így két hullám állapot összege is lineáris változóktól függ, így az határozza meg, hogy melyiket tudjuk kimérni



Így ha a kísérletbe két ellentétes spinű részecskék keletkeznek akkor ha egyiket megmérjük akkor a másikat is tudjuk, csak ellentétes értékkel. Az értékek braket jelölésben adva komplex számok.



operátorok:

- ha olyan operátorokat használunk amivel nem változik meg a mozgás egyenlet akkor szimetriáról beszélünk

- eltolás

- forgatás

- ha az operátor nem változtatja meg a függvény alakját akkor az sajátfüggvény

- unitér megoldások



Mechanika:

- Hamilton függvény: a rendszer teljes mozgási energiája

- Hamilton mechanika: a Hamilton függvény parciális deriváltja => sebesség arányos az impulzussal => gyorsulás arányos az erővel



Ezek megadják az állapotokat:

- az állapotokat egy Bloch gömbön ábrázolhatjuk

- normálással kivehetünk egy szabadsági fokot

- forgatás után még egy szabadsági fok kiesik

- így 2 szbadsági fokú, két állapotú rendszert kell reprezentálnunk csupán => van két állapot: 0/1 -> a többi átmenetet a gömb felülete adja



de egy qubit egyszerre két állapotban lehet, azaz egyszerre 0 és 1, amiről sok mérés után egy arányt modnhatunk, hogy melyik jött ki többször.



Bell állapotok:

- egy qubit mérés határozatlan

- de ha a másikat megmérjük akkor az előbbi ezzel korrellál

- ezek mindig összefonódott állapotú qubitek

- négy Bell állapot imsert



kvantumteleportáció: egyik kvantum rendszerből a msáikba való qubit átjuttatás, úgy, hogy köztük nincs kvantuminternet. Ez hagyományos bitekkel oldható meg.



szupersűrű kódolás:

- két klasszikus bitet viszünk át úgy, hogy egy qubit formájában küldjük át egy kvantumcsatornán.

- a küldő megfelelő állapotba alakítja a qubitet

- a qubit eljut a célba

- a célban a qubitet fel kell bontani a megfelelő módszernek megflelően amit a a küldő adott meg



nem klónozhatósági tétel:

- azonos qubit állapotok esetén nincs unitér transzformáció



## kriptográfia

- bizalmasság

- sértetlenség integritás: igazolható a harmadik fél kihagyása

- feladó azonosítás

- letagadhatatlanság



algoritmusok:

- szimetrikus: ugyanaz a kulcs kódol és dekódol

- aszimetrikus: egy kulcs titkosít egy dekódol



támadások:

- MiM:

 - passzív: a támadó rejtve van

 - aktív: a támadó úgy változtatja meg az üzenet forrássát, hogy nem fedi fel magát 

 - csalás



## kvantumkriptográfia:

- Diffie Helmann kulcs csere: X9.42 szabvány

- RSA

- ECC: egy irányba könnyű kiszámítani,  visszafelé azomban nehéz



kvantumkonjugált tárolás: hogy tárolható anyagban információ tárolása => BB84 módszer az információ átadására



A QKD esetében a kriptográfiai kulcsot qubitek segítségével juttatják el a másik személynek, aki a kulcsérték megszerzése érdekében megméri a qubitet.



### BB84

- első QKD protokoll

- tenzor szorzatként tárolja az infromációt *(a tenzor szorzás: gráfok rendezett párjaihoz új gráfot rendel)*

- fotonok polarizációs szögével adható meg



Qubit nem csak foton, lehet ion vagy [kvázirészecske](https://hu.wikipedia.org/wiki/Roton) is.



**titkosíás kritériumai:**

1. Ha egy rendszer elméletileg (matematikailag) nem feltörhetetlen, akkor a gyakorlatban legyen az.

2. A titkosított rendszer egy részének megismerésével ne lehessen a rendszer egészét megismerni.

3. Az alkalmazott kulcsnak könnyen megjegyezhetőnek és megváltoztathatónak kell lennie.

4. A titkosított szöveg táviratban is továbbítható legyen. (A 19. század gyors és hatékony üzenetküldő megoldása a távirat volt)

5. A titkosító rendszer legyen hordozható és nem kell az üzemeltetéséhez és kezeléséhez több személyre szükség.

6. A rendszer legyen könnyen és stresszmentesen kezelhető, ne igényelje hosszú listányi szabályok betartását.



## programozás

- https://oreilly-qc.github.io/

- https://qiskit.org/

- https://quantum-computing.ibm.com/