У роботі запропоновано узагальнення булевих операцій для квантових обчислень.Показано, що базовий набір булевих однокубітних операцій містить 6 операцій та має 2 варіанти наборів по 4 операції.Запропоновано 9 квантових операцій додатково до 7-ми класичних (еквіваленція, диз'юнкція, кон'юнкція, імплікація, заперечення диз'юнкції, заперечення кон'юнкції, виключна диз'юнкція).В результаті отримано повний набір 16 однокубітних операцій, які забезпечують 16 4 = 65 тисяч 536 бінарних (двокубітних) логічних операцій, що відповідає кількості базових станів 16-кубітного квантового процесора.Велика кількість операцій дозволить підвищити продуктивність квантових обчислень в цифрових симуляторах квантових процесорів з точки зору паралельності обчислень та скорочення програмного коду.Ключові слова: квантові обчислення, логічні операції, булева алгебра Вступ.На сьогодні у галузі зв'язку та високопродуктивних обчислень активними темпами розробляють та активно впроваджують квантові технології.Багато дослідників вважають, що у найближчому майбутньому квантові технології забезпечать ключові досягнення у багатьох сферах діяльності людини, які потребують надшвидке вирішення обчислювальних задач великої складності, зокрема в криптографії та моделюванні надскладних процесів [1].Перспективи в галузі високопродуктивних обчислень ґрунтуються на застосуванні квантових комп'ютерів, які використовують заплутані (зчеплені) квантові стани.При цьому стани включають як чисті стани окремих кубітів, так і змішані стани, які є результатом взаємодії (інтерференції) декількох кубітів.Всього кількість таких, так званих базових, станів становить 2 N , де N -кількість кубітів.Тобто для 8-кубітного квантового процессора кількість станів рівна 2 8 =256, а для 16-кубітного -вже 2 16 =65 536 станів [2].З точки зору теорії обчислень, кожний стан -це сигнал (число), записаний у певному розряді вихідного квантового регістру, що має 2 N розрядів.На кожному такті роботи процесора кожний сигнал -це результат виконання певної логічної операції.На сьогодні в класичній теорії обчислень відомо 8 операцій, з яких одна унарна -заперечення та 7 бінарних -еквіваленція, диз'юнкція (АБО), кон'юнкція (І), імплікація, заперечення диз'юнкції (НЕАБО), заперечення кон'юнкції (НЕІ), виключна диз'юнкція (виключне АБО, сума по модулю 2, ).
У роботі запропоновано узагальнення булевих операцій для квантових обчислень.Показано, що базовий набір булевих однокубітних операцій містить 6 операцій та має 2 варіанти наборів по 4 операції.Запропоновано 9 квантових операцій додатково до 7-ми класичних (еквіваленція, диз'юнкція, кон'юнкція, імплікація, заперечення диз'юнкції, заперечення кон'юнкції, виключна диз'юнкція).В результаті отримано повний набір 16 однокубітних операцій, які забезпечують 16 4 = 65 тисяч 536 бінарних (двокубітних) логічних операцій, що відповідає кількості базових станів 16-кубітного квантового процесора.Велика кількість операцій дозволить підвищити продуктивність квантових обчислень в цифрових симуляторах квантових процесорів з точки зору паралельності обчислень та скорочення програмного коду.Ключові слова: квантові обчислення, логічні операції, булева алгебра Вступ.На сьогодні у галузі зв'язку та високопродуктивних обчислень активними темпами розробляють та активно впроваджують квантові технології.Багато дослідників вважають, що у найближчому майбутньому квантові технології забезпечать ключові досягнення у багатьох сферах діяльності людини, які потребують надшвидке вирішення обчислювальних задач великої складності, зокрема в криптографії та моделюванні надскладних процесів [1].Перспективи в галузі високопродуктивних обчислень ґрунтуються на застосуванні квантових комп'ютерів, які використовують заплутані (зчеплені) квантові стани.При цьому стани включають як чисті стани окремих кубітів, так і змішані стани, які є результатом взаємодії (інтерференції) декількох кубітів.Всього кількість таких, так званих базових, станів становить 2 N , де N -кількість кубітів.Тобто для 8-кубітного квантового процессора кількість станів рівна 2 8 =256, а для 16-кубітного -вже 2 16 =65 536 станів [2].З точки зору теорії обчислень, кожний стан -це сигнал (число), записаний у певному розряді вихідного квантового регістру, що має 2 N розрядів.На кожному такті роботи процесора кожний сигнал -це результат виконання певної логічної операції.На сьогодні в класичній теорії обчислень відомо 8 операцій, з яких одна унарна -заперечення та 7 бінарних -еквіваленція, диз'юнкція (АБО), кон'юнкція (І), імплікація, заперечення диз'юнкції (НЕАБО), заперечення кон'юнкції (НЕІ), виключна диз'юнкція (виключне АБО, сума по модулю 2, ).
У сучасному світі, де квантові технології швидко розвиваються, традиційні криптографічні системи стикаються з серйозними викликами.Квантові обчислення здатні порушити основи сучасних криптографічних протоколів, таких як RSA і ECC, шляхом застосування алгоритмів, які можуть зламати ці системи за рекордно короткий час.Ця стаття присвячена аналізу впливу квантових технологій на криптографію, а також необхідності створення нових рішень для захисту інформації.Метою даного наукового дослідження є оцінка сучасного стану постквантової криптографії та виявлення нових підходів, які можуть забезпечити надійний захист інформації в умовах квантового прогресу.У роботі розглядаються такі напрямки, як криптографія на основі решіток, кодова криптографія, мультиваріантна криптографія та криптографія на основі хеш-функцій.Наукова і практична значущість цієї роботи полягає в тому, що вона допомагає зрозуміти виклики, які постають перед сучасною криптографією в умовах квантових обчислень, і пропонує можливі рішення для їх подолання.Методологія дослідження включає огляд літератури, аналіз існуючих криптографічних систем, а також оцінку їх стійкості до квантових атак.Основні результати роботи показують, що підходи на основі решіток та кодів мають високу стійкість до квантових атак і можуть бути використані для розробки нових криптографічних протоколів.Також було виявлено, що мультиваріантна криптографія, хоча і показує обіцяючи результати, потребує подальших досліджень для оптимізації продуктивності.Висновки дослідження підкреслюють важливість комплексного підходу до безпеки інформації в умовах квантового прогресу.Цінність проведеного дослідження полягає в його внеску у розвиток постквантової криптографії, оскільки воно не тільки визначає актуальні виклики, але й пропонує нові напрямки для майбутніх досліджень.Практичне значення підсумків роботи полягає в тому, що результати можуть бути використані для розробки безпечних інформаційних систем у контексті квантових загроз.Ключові слова: постквантова криптографія, інформаційна безпека, криптографія на основі решіток, кодова криптографія, мультиваріантна криптографія, квантові комп'ютери, криптографічні протоколи.Вступ.З розвитком квантових обчислень криптографія, яка є основою сучасної інформаційної безпеки, стикається з новими викликами.Сучасні криптографічні алгоритми, такі як RSA, DSA та алгоритми на основі еліптичних кривих, широко використовуються для захисту конфіденційних даних, онлайн-транзакцій та комунікацій в інтернеті.Вони забезпечують надійну безпеку завдяки складності факторизації великих чисел або вирішення дискретних логарифмів, що є обчислювально непосильними для класичних комп'ютерів.Проте з розвитком квантових обчислень постала загроза традиційним криптографічним методам, які вже кілька десятиліть використовуються для забезпечення інформаційної безпеки.Квантові комп'ютери використовують принципи квантової механіки, зокрема квантову суперпозицію та квантову заплутаність, завдяки яким вони можуть одночасно обробляти багато варіантів рішення задачі, що робить їх набагато швидшими для певних обчислювальних завдань, як, наприклад, факторизація великих чисел або пошук у великій базі даних.Потужність квантових комп'ютерів дозволяє зламати багато з існуючих криптосистем за допомогою алгоритмів Шора [1] та Гровера [2], що ставить
Головною метою цієї кваліфікаційної роботи є закладення дослідницького фундаменту шляхом інтеграції квантових обчислень із класичними периферійно-хмарними середовищами для підвищення продуктивності в низці прикладних задач, які активно досліджуються науковцями. Квантові комп'ютери стають важливим інструментом в обчислювальній галузі, використовуючи принципи квантової механіки для вирішення специфічних задач, що наразі перебувають поза межами можливостей класичних комп'ютерів. Ця технологія має значні перспективи для розгортання у периферійно-хмарних інфраструктурах, де вона може забезпечити обробку даних із низькою затримкою та захищений зв'язок. Перший розділ присвячено аналізу умов успішного розгортання гібридних квантово-класичних периферійних хмар та обґрунтуванню вимог до всеосяжної системи оцінювання для забезпечення їхньої відповідності критеріям продуктивності. Запропоновано новий фреймворк для квантового бенчмаркінгу, що включає два окремі методи оцінювання показників затримки на основі рівнів квантової транспіляції на різних квантово-периферійно-хмарних платформах. У другому розділі спершу описано результати експериментальної валідації запропонованого фреймворку для периферійно-хмарного середовища, яку було проведено шляхом тестування кількох відомих і корисних квантових алгоритмів, потенційно ефективних у цій області, включаючи алгоритм Шора, алгоритм Гровера та алгоритм квантових блукань. За результатами тестування визначено оптимальний рівень транспіляції для досягнення максимальної продуктивності в квантово-периферійно-хмарних середовищах. Наведено критично важливі висновки щодо поточних та перспективних можливостей інтеграції квантових процесорів, які забезпечують всебічну оцінку їхнього потенціалу для підвищення ефективності периферійних хмар за мінливих параметрів, зокрема точності та рівнів транспіляції. У третьому розділі проведено аналіз ергономічні проблеми безпеки життєдіяльності розробника програмного забезпечення з точки зору охорони праці та безпеки життєдіяльності, розглянуто значення автоматизації виробничих процесів в питаннях охорони праці. згідно з нормативними документами з охорони праці та безпеки життєдіяльності. Розглянуто долікарську допомогу при ураженні електричним струмом та інженерно-технічні рішення з охорони праці.
У роботі наведено огляд та аналіз поточного стану стандартизації посткватової криптографії.Розвиток квантових комп'ютерів загрожує безпеці криптографічних алгоритмів, які застосовуються сьогодні.Щоб протистояти цій загрозі, була започаткована область постквантової криптографії.Але розгортання нових криптографічних систем потребує багато часу та зусиль.Таким чином, політики та власники систем повинні підготуватися.Наразі органи стандартизації продовжують стандартизувати протоколи, створені з використанням доквантових систем, які не витримають квантових атак.До таких протоколів доцільно застосовувати концепції гібридних систем (подвійне шифрування, подвійний KEM, подвійні підписи тощо).Однак цього немає в поточному плані.Тому рекомендується враховувати постквантову інтеграцію при розробці нових стандартів або оновленні існуючих.Ключові слова: постквантова криптографія; цифровий підпис; механізм встановлення ключа (KEM), квантовобезпечний Вступ.Криптографія є вирішальним інструментом для безпеки сучасного цифрового суспільства і використовується практично всюди.Розвиток квантових комп'ютерів загрожує безпеці криптографічних алгоритмів, які застосовуються сьогодні.Щоб протистояти цій загрозі, була започаткована область постквантової криптографії.Постквантова криптографія -це область криптографії, в якій системи вивчаються за припущення безпеки, що криптоаналітик має квантовий комп'ютер, тоді як користувач має бути звичайним користувачем сучасних систем без квантових можливостей.На даний момент існуючі квантові комп'ютери недостатньо великі, щоб становити загрозу сучасній криптографії.Однак розгортання нових криптографічних систем забирає багато часу та зусиль, і тому важливо мати заміни ще до того, як з'являться великі потужні квантові комп'ютери.Але як показує практика, просто взяти і замінити існуючі стандарти та протоколи на постквантові не так легко і є багато складнощів: необхідно визначити нові моделі безпеки, розробити нові методи доказів, тощо. Родини постквантових алгоритмівНаразі у світі триває кілька великих конкурсних процесів задля знаходження ефективних постквантових алгоритмів шифрування та підписів, основним з яких УДК 004.056.55
Відомо, що широке впровадження квантових технологій супроводжується серйозними викликами. Основна проблема полягає в крихкості квантових станів, які можуть легко змінюватись через вплив шуму, декогеренцію або неточності у виконанні квантових операцій. Це створює високі ризики для надійності квантових обчислень, особливо в умовах сучасних пристроїв проміжного масштабу (NISQ), які мають обмежену кількість кубітів і високий рівень шумів. У статті було проаналізовано сучасні методи квантової корекції помилок, зокрема використання алгебри підписів, її впровадження в різні протоколи, системи та перспективи розвитку. Визначено ключова роль квантової корекції помилок. Корекція помилок є фундаментальним елементом для забезпечення стабільності квантових обчислень, особливо на шумних пристроях проміжного масштабу (NISQ). Проаналізовано існуючий метод корекції помилок – алгебра підписів (signature algebra) як універсальний інструмент. Визначено, що алгебра підписів продемонструвала свою ефективність у визначенні та корекції помилок у реальному часі; у перевірці стабільності квантових станів та інтеграції з сучасними квантовими протоколами, такими як BB84, E91, DI-QKD, BQC, QSS та ін. Перспективами розвитку є: подальша стандартизація алгебри підписів як інструмента для тестування та корекції помилок; її інтеграції з постквантовою криптографією для забезпечення безпеки даних у квантовій ері; у розробленні нових моделей для систем NISQ, топологічних кодів і квантових мереж. Робота може бути використана як навчальний матеріал для студентів і дослідників, що займаються квантовими обчисленнями. Використані у роботі приклади коду демонструють, як алгебра підписів інтегрується у квантові обчислення, забезпечуючи надійність обчислень навіть у зашумлених середовищах. Запропоновані підходи можуть бути використані для створення стійких квантових систем і протоколів для криптографії, комунікацій та машинного навчання.
У роботі розглянуто сучасний стан гібридних квантово-класичних систем штучного інтелекту. Водночас сучасні квантові пристрої класу NISQ мають низку обмежень: шум квантових операцій, обмежену кількість кубітів, малу глибину квантових схем, відсутність повної корекції помилок і складність завантаження класичних даних у квантове представлення. Обґрунтовано, що за таких умов квантовий компонент доцільно розглядати не як повну заміну класичної моделі, а як спеціалізований елемент гібридної системи. Розглянуто основні методи гібридного квантово-класичного підходу, зокрема варіаційні квантові алгоритми, кодування даних, класичну оптимізацію та повторне завантаження даних. Окрему увагу приділено потенційному інструментарію для реалізації таких систем, зокрема Qiskit, PennyLane, Cirq, scikit-learn і MLflow.
Постановка проблеми у загальному вигляді та її зв'язок з важливими науковими та практичними завданнями.Прискорення розвитку квантових обчислень свідчить про те, що технологія швидко просувається до комерційної життєздатності.По мірі появи успіхів у квантових обчисленнях, інвестиції в цю сферу зростають, а кількість стартапів збільшується.Великі технологічні компанії також продовжують розвивати свої квантові можливості, зокрема, Alibaba, Amazon, IBM, Google і Microsoft вже запустили комерційні хмарні сервіси квантових обчислень.Звісно, вся ця діяльність не обов'язково призведе до комерційних результатів.Хоча квантові обчислення обіцяють допомогти підприємствам вирішувати проблеми, які виходять за межі досяжності та швидкості звичайних високопродуктивних комп'ютерів, на цьому ранньому етапі варіанти використання є переважно експериментальними та гіпотетичними.Однак екосистема, що швидко розвивається, зростаючі інвестиції та поява дослідницьких проривів в області квантових обчислень сигналізують, що власникам і керівникам підприємств час розглянути наслідки цієї технології для бізнесу, зокрема для автомобільної промисловості.Так, за даними McKinsey, 10% усіх потенційних варіантів використання квантових обчислень можуть принести користь автомобільній промисловості вже до 2025 року [1].Аналіз останніх досліджень і публікацій, в яких започатковано вирішення даної проблеми.Оскільки технологія квантових обчислень є відносно новою, її вартісний потенціал недостатньо досліджений.Аналітичні матеріали щодо випадків застосування квантових обчислень в різних галузях публікують самі підприємства, науково-дослідні установи та консалтингові компанії.Цілі статті -проаналізувати переваги, ризики та ціннісний потенціал квантових обчислень для автомобільної промисловості.Виклад основного матеріалу дослідження з повним обґрунтуванням отриманих наукових результатів.На тлі пандемії та дефіциту напівпровідників у минулому році світовий автопром зміг зрости лише на 3% порівняно з показником 2020 року, випустивши майже 80,2 млн автотранспортних засобів.Водночас, за даними Всесвітньої організації автовиробників (ОІСА), обсяг автовиробництва зменшився на 13% порівняно з результатами 2019 року.Кількість легкових автомобілів, вироблених за рік, становила 57,1 млн од.Це на 2% більше ніж у 2020 році, але на 15% менше від результату 2019 року.Важких вантажівок було виготовлено 4,3 млн од.(-1% до 2020 р. та +4% до 2019 р.).Всесвітнє автобусне виробництво закінчило рік показником 199 тис.шт.(-10% до 2020 р. та -43% до 2019 р.).Найбільшим автовиробником залишається Китай.За рік Піднебесна виготовила майже 26,1 млн од.автотранспортних засобів, що на 3% більше ніж у попередньому році та на 1% більше за результат доковідного 2019 року.Другою країною за обсягом виробництва є США.На заводах Сполучених штатів в 2021 році було виготовлено 9 млн 167 тис.од.автотранспорту, що на 4% більше ніж у 2020 році, однак на 16% менше результату 2019 року.Японія звітувала про виробництво 7,9 млн од.автотранспорту і це третій результат у світі.Від своїх обсягів 2020 р. та 2019 р. японський автопром відстав на 3% та 19% відповідно.На четвертому місці Індія, яка змогла на 30% покращити свій