Kvantum informatika és kommunikáció 2017 ősz. Motivációk + Admin

Átírás

1 Kvantum informatika és kommunikáció 2017 ősz Motivációk + Admin

2 IBM kvantum számítógép hozzáférés! 2016-os újdonság!!!

3 Elérhetőségek Imre Sándor, Bacsárdi László (NyME) BME Hálózati Rendszerek és Szolgáltatások Tanszék IB 121, IB vagy Infók:

4 Segédanyagok (1) Segédanyagok: a tantárgy honlapján az előadás fóliák Könyvek: kölcsönözhető a könyvtárból

5 Segédanyagok (2) Bevezetés a kvantum-informatikába (12 publikus felvétel) um-informatikaba

6 Kapcsolódó tárgyak BMETE155206: Kvantumszámítógépek fizikai alapjai Apagyi Barnabás BME-VIHIAV13,Kvantum infokommunikáció és alkalmazásai Imre-Bacsárdi-Gyöngyösi

7 Tanórák CZ: 12:15-14:00 (QBF10); Kezdések???? Szünetek: nem lesznek! Amennyiben az óra nem a megszokott helyen lenne, t küldünk a Neptunon keresztül

8 1 Nagyházi 1-3 fős csoportokban Feladatkiadás: február 23. Választás: március 9. Beadási határidő: április. 20. Félévközi számonkérés 3 db. kiszh: és és az órán. Osztályzat: Pótlás: május Az órán feladott apróbb feladatok megoldásával túró rudit és egyéb érdemeket lehet szerezni! Beváltás az utolsó órán. Ha valaki a NHF alapján TDK-ázna, bátran szóljon!

9 Házi feladat Feladatlistából választás Saját feladatötlet Kvantumvideo: outu.be EqCp9Czi-3Swqpal FACEBOOK

10 Labormérés Mérésen való részvételi lehetőség: Április 14. és?????. Mérések: Kvantumbitek és teleportálás Kvantumradír és társai Mérésre jelentkezés: weben, a tantárgyi hirdetményeknél (hamarosan!)

11 Gyárlátogatás MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont

12 Túl a tárgyon Kvantuminformatikai hírek qnews@ feliratkozás: quant-course@mcl.hu Kvantumkommunikációs tudáskör Csatlakozási lehetőség: quant-course@mcl.hu

13 Ki, honnan jött? Kezeket fel! Villamos? Info? Másik BME kar? Másik egyetem? Másik galaxis? Ki hallgatott már kvantum informatikáról és/vagy kommunikációról szóló tantárgyat, kurzust?

14 Mit kell megtanulni? (mit fogok visszakérdezni) Alapelvek és alapfogalmak: Pl. posztulátumok mérnöki értelmezésben, H kapu hatása klasszikus bemenetre, stb. Összefüggések, vélt és valós hasonlóságok: Pl. Grover-féle adatbázis keresés RSA feltörésre is használható. A működés logikája: Pl. A kvantumos mérés gyakorlatilag megegyezik a tüskés pikó hímek rivalizálásával (nőstényhozzáférésével)

15 Kérdezzenek!!!! A kérdés típusa Értelmezés buta remek ritka szemét H azt hiszi nem tudja, mert lusta O tudja H nem tudja O tudja H nem tudja O nem tudja H tudja, hogy O nem tudja O nem tudja jegy +++ jegy

16 Egy fólia a múltból Aki nem jár be órára, azt nem ismerem meg, és így nem tudok könnyű kérdéseket feltenni a vizsgán. Azért jobb, ha bejárnak

17 Érzelmi görbe a félév során log(hangulat) Irány az Alfa Centauri! Pofonok Hát ez tök jó! Szép az élet domb! normál Ugye itt viccelnek? Hoppá! Ebben lehet valami. HF árok ZH szakadékok t A teljes képtelenség völgye

18 Túrórudi verseny Páros/páratlan???? Bob Alíz Éva 0; 0.5; 1; 1.5 0; 0.5; 1; 1.5 0; 0.5; 1; 1.5 0; 1; 2; 3; 4 NHF kiváltható egy frappáns versenyfeladat kiagyalásával!!!!!

19 Motivációk If that turns out to be true, I'll quit physics. Max von Laue, Nobel Laureate (1914)

20 Erithacus rubecula azaz vörösbegy

21 Vörösbegy A legtöbb madár a nap állása, csillagok vagy tereptárgyak alapján tájékozódik. De nem így a vörösbegy! A Föld mágneses mezeje gyengeségénél fogva nem képes kémiai folyamatokhoz energiát biztosítani. A Föld mágneses mezejének 3000-ed részének változása is befolyásolja a madarak repülési irányát A vörösbegy retinájában létezik egy fehérje, a kriptokróm, ami fényérzékeny. A kriptokrómon belül egy elektronpárban kvantum-összefonódás jön létre a beérkező fény hatására. Ahogy repül a vörösbegy, a Föld mágneses mezejének finom változásai eltéríthetik az elektronok kvantum-állapotát (spinjét), ami közvetve befolyásolja a madarak szemében lévő kriptokróm molekulák kémiai tulajdonságait. Ha letakarják a szemét, akkor eltéved, tehát "látja" a mágneses teret, pontosabban annak Földfelszínnel bezárt szögét, azaz az erővonalak sűrűségét

22 Egy egyszerű kérdés C, B, A, E t 2 t 14 t = 0.3 t 6 t 20 Alma

23 Egy egyszerű kérdés C, B, A, E % p+,e-,n % semmi t 2 t 14 t =2017.II. 9. t = 0 t 6 t 20 Alma

24 Egy jól ismert találmány életciklusa "It takes a thousand men to invent a telegraph, or a steam engine, or a phonograph, or a photograph, or a telephone, or any other Important thing and the last man gets the credit and we forget the others. He added his little mite that is all he did. Mark Twain Heron s ball about 100 B.C. James Watt and his steam engine, 1765 Copyright 2005 John Wiley & Sons Ltd

25 Egy jól ismert találmány életciklusa Robert Fulton and his ship Clermont, 1807 Robert Stephenson and his Rocket,

26 Egy jól ismert találmány életciklusa Titanic and her engines, 1912 Nota bene: Eastland katasztrófa!

27 Eastland szindróma

28

29 Egy másik analógia Klasszikus PC Kvantum PC

30 Első túrórudis kérdés - Mi ez?

31 Moore törvénye 1m 1nm Minden 18 hónapban megduplázódik a mikroprocesszorok sebessége KISEBB GYORSABB

32 Trendek "Man is the best computer we can put aboard a spacecraft... and the only one that can be mass-produced with unskilled labour. Wernher von Braun Moore-törvény: The number of transistors per chip roughly doubles every months. Rock-törvény (gyártó szemszögéből): The cost of capital equipment to build semiconductors will double every four years. Machrone-törvény (felhasználó szemszögéből): The machine you wants always costs $

33 Moore törvénye De meddig?

34 Kísérletezzünk! "There are two possible outcomes: If the result confirms the hypothesis, then you ve made a measurement. If the result is contrary to the hypothesis, then you ve made a discovery. Enrico Fermi

35 Játszunk pénzfeldobósat Fej = 0 Írás = 1 Pumukli 0 p p 10 p 01 p

36 Játszunk két pénzt feldobósat P 00 = p 00 p 00 + p 01 p 10 = p 00 0 p 00 0 p 10 p 01 p 10 p 01 1 p 11 1 p

37 Kvantum pénzfeldobó 1 p = p =

38 Mit várunk?

39 Valami nagyon nem stimmel 1 0 Mit p 00 történik? p 00 + P 00 = p 01 p 10 = 0! 0 1 NOT kapu

40 Magyarázatok "Anyone who is not shocked by quantum theory has not understood it." Niels Bohr

41 Mesében - Az oszthatatlan foton egyszerre két úton haladt

42 Rajzban

43 Versben - Szabó Lőrinc: Dzsuang-Dszi Kétezer évvel ezelőtt Dsuang Dszi, a mester, egy lepkére mutatott. Álmomban mondta, ez a lepke voltam és most egy kicsit zavarban vagyok. Lepke, mesélte, igen, lepke voltam, s a lepke vigan táncolt a napon, és nem is sejtette, hogy ő Dsuang Dszi És felébredtem És most nem tudom, most nem tudom, folytatta eltűnődve, mi az igazság, melyik lehetek: hogy Dsuang Dszi álmodta-e a lepkét vagy a lepke álmodik engemet? álma Én jót nevettem: Ne tréfálj, Dsuang Dszi! Ki volnál? Te vagy: Dsuang Dszi! Te hát! Ő mosolygott: Az álombeli lepke épp így hitte a maga igazát! Ő mosolygott, én vállat vontam. Aztán valami mégis megborzongatott, kétezer évig töprengtem azóta, de egyre bizonytalanabb vagyok, és most már azt hiszem, hogy nincs igazság, már azt, hogy minden kép és költemény, azt, hogy Dsuang Dszi álmodja a lepkét, a lepke őt és mindhármunkat én

44 Vonjuk le a következtetéseket! "Anyone who is not shocked by quantum theory has not understood it." Niels Bohr

45 Determinisztikus Turing-féle működés ahogy Newton elképzelte a Világot bölcsi ovi ált. isk. gimn. egyetem dokt. isk. Közbenső állapotok bemenet kimenet

46 Valószínűségi Turing-féle működés - ahogy Önök elképzelik a Világot p 00 p 00 p01 p 10 bemenet lehetséges kimenetek

47 Kvantum működés és ahogy a Világ valójában működik a -1/2-1/2 00 a 00 a 1/2 1/2 01 a

48 Fordítsuk komolyra a szót! Ki ő? Túrórudi! Bármilyen logikai függvényt össze tudok rakni logikai kapukból. Hát Ti?

49 Fordítsuk komolyra a szót! Bármilyen logikai függvényt össze tudok rakni logikai kapukból. Hát Ti?

50 Fordítsuk komolyra a szót! Már hogyne tudnánk! H j d dt

51 Teleportálás

52 Játszunk titkosügynökösdit!

53 Szimmetrikus titkosítás Szimmetrikus kulcsú titkosítás Egyforma kulcsok mindkét oldalon Abszolút biztonságos, ha bizonyos előírásokat betartunk Gond, hogy a kulcsot miként juttassuk el a túloldalra????

54 Nyílvános kulcsú titkosítás Nyílvános kulcsú titkosítás nyilvános titkosítókulcs, titkos fejtőkulcs kulcsok előállítása: két nagy prímszám szorzatát felhasználva feltörés: a törzstényezők meghatározása A mai napig nem sikerült bebizonyítani, hogy nincs hatékony algoritmus a feltörésre. Mindenesetre eddig nem sikerült ilyen klasszikus algoritmust találni. De kvantumosat IGEN!

55 Az RSA lényege Nyílt kulcsú titkosítás nyilvános titkosítókulcs titkos fejtőkulcs kulcsok előállítása: két nagy prímszám szorzatát felhasználva feltörés: a törzstényezők meghatározása A mai napig nem sikerült bebizonyítani, hogy nincs hatékony algoritmus a feltörésre. Mindenesetre eddig nem sikerült ilyen klasszikus algoritmust találni. EZIDÁIG

56 RSA feltörő kvantum áramkör

57 Shor-algotitmus és az RSA feltörése O O log 3 ( N ) év 1 sec

58 év

59 Shor-algotitmus és az RSA feltörése O O log 3 ( N ) év 1 sec

60 Ahogy ma faktorizálunk 15=

61 Ahogy ma mások kulcsszétosztanak

62 Vienna, October 8, Today, the first commercial communication network using quantum cryptography is demonstrated in Vienna, Austria

63 Ahogy mi kulcsszétosztunk

64 Ahogy mi kulcsszétosztunk

65 Ahogy mi kulcsszétosztunk

66 Keresés: Grover-algoritmus Aki keres, talál! De nem mindegy mennyi idő alatt. Rendezetlen adatbázis N különböző elemmel. Klasszikusan N kérés szükséges. Ugyanakkor kvantum módon: O O N x =?

67 Ahogy ma adatbázis keresünk Miért örülünk ennek? Informatika: pl. adatbázis kezelés Távközlés: pl. útvonalválasztás, jelfeldolgozás

68 Lazításként egy kis infoelmélet befejezésül

69 Egy egyszerű csatorna modell (mintha már láttuk volna valahol ) Klasszikus csatorna p ij =½ C=1-H(p)=0 0 C flip Csak redundanciával p tartható kordában a D hibázás valószínűsége 000 0/1 Kvantum csatorna p ij =½ C=1 A p qflip 0 φ > 0 B Bizonyos esetekben egyszerű kódolással HIBAMENTESSÉ tehető

70 OK, ezt még lenyeltük, de ilyen állat nincs: 2 db. külön-külön C = 0 kapacitású csatorna ügyesen összekapcsolva mégis képes információt átvinni!

71

72 Ne éljenek klasszikusan! Az élet kerek mivoltához nélkülözhetetlen a szuperpozíció. Imre Sándor

73 Egy kis olvasnivaló az óra végére és a félév elejére "Amikor odaértem hozzá, egy szivárványt bámult. Az arcán látszott, hogy erősen koncentrál. Mintha még sosem látott volna szivárványt. Vagy mintha ez lenne életében az utolsó. Halkan megszólítottam. - Jó napot, professzor úr. - Nézze csak: szivárvány - szólt vissza, de nem nézett rám. Néztem vele a szivárványt. Nagyon hat az emberre, ha megáll, és nézi. Akkoriban nemigen csináltam ilyesmit. - Nem tudja, ki adott először igazi magyarázatot az eredetére? - kíváncsiskodtam. - Descartes - válaszolta. Majd kis idő múlva felém fordult. - És mit gondol, a szivárványnak melyik feltűnő tulajdonsága ihlette a Descartes-féle matematikai elemzést? - Hát, a szivárvány voltaképpen egy kúpszelet; a színkép színeiben játszó ív, és akkor rajzolódik ki, ha a napfény a szemlélő háta mögül esik a vízcseppekre. - És? - Gondolom, az a felismerés késztette elemzésre, hogy a probléma egyetlen esőcsepp és a geometriai körülmények tekintetbevételével megragadható. - Elfeledkezik ennek a jelenségnek az egyik legfontosabb vonásáról - figyelmeztetett. - Oké, feladom. Ön szerint mi adott ihletet Descartes elemzéséhez? - Szerintem az, hogy szépnek tartotta a szivárványt..."