A kvantum jelenségről még Max Planck, német fizikus állított fel hipotézist 1900-ben, azonban a jelenség igazolására hosszú évtizedekre volt szükség. Az 1980-as években a kvantumtechnika számításokra való felfedezése indította el a kvantum-számítógépek megépítését. A kvantumtechnológiákban rejlő lehetőségek példátlanok"," fizikai, kémiai és biológiai kísérletek szimulálhatók, logisztikai és pénzügyi folyamatok optimalizálhatók, biztonságos és gyorsabb kommunikációt ígérnek. A nagytömegű adatfeldolgozás gyorsasága, komplexitása, titkosságának megőrzése olyan előre látható előnyök, amelyek miatt a jogalkalmazásban is szükséges lesz a kvantumszámítógépek alkalmazása. A tanulmány számba veszi, hogy melyik jogágban milyen lehetőségei vannak a kvantumszámítógépeknek, külön kiemelve a honvédelmet, ahol a kvantumszámítógépek a modern fegyvereket segítő eszközei.
A kvantum jelenségről még Max Planck, német fizikus állított fel hipotézist 1900-ben, azonban a jelenség igazolására hosszú évtizedekre volt szükség. Az 1980-as években a kvantumtechnika számításokra való felfedezése indította el a kvantum-számítógépek megépítését. A kvantumtechnológiákban rejlő lehetőségek példátlanok"," fizikai, kémiai és biológiai kísérletek szimulálhatók, logisztikai és pénzügyi folyamatok optimalizálhatók, biztonságos és gyorsabb kommunikációt ígérnek. A nagytömegű adatfeldolgozás gyorsasága, komplexitása, titkosságának megőrzése olyan előre látható előnyök, amelyek miatt a jogalkalmazásban is szükséges lesz a kvantumszámítógépek alkalmazása. A tanulmány számba veszi, hogy melyik jogágban milyen lehetőségei vannak a kvantumszámítógépeknek, külön kiemelve a honvédelmet, ahol a kvantumszámítógépek a modern fegyvereket segítő eszközei.
A magyar törvénykezésben megjelentek azok a rendeletek, amelyek ráerősítenek arra, hogy gyorsan közeledünk a kvantumszámítógépek korszakához. A teljesen újszerű elveken működő kvantumszámítógépek korábban nem megoldható problémákra hatékony és gyors megoldásokat ígérnek. Az új típusú gépek megjelenése várhatóan nem csak az informatika, a gazdaság és a különféle tudományok területén hoz nagy változásokat, hanem valószínűsíthetően a mindennapi életünkre is erősen hatással lesz. Szükségét érezzük, hogy az oktatási szféra is kövesse a kvantumtechnológia megjelenését, hogy ne érje váratlanul a jövő szakembereit. A tanulmányban szóba kerülnek a témával kapcsolatos jogszabályok, az érintett szakterületek és a kvantuminformatikában rejlő lehetőségek és veszélyek. Továbbá írunk arról, hogy milyen tapasztalatok vannak eddig a kvantuminformatika tanításának gyakorlatában.
A kvantumfizika napjaink egyik legfontosabb tudományterülete, amely meglepő részleteivel alapjaiban változtatta meg a fizikai világképünket. Ez a cikk betekintést nyújt a kvantumfizika történelmi fejlődésébe, ennek nyomán kialakult alapelveibe és modern alkalmazásaiba. Bemutatjuk, hogy milyen megfigyelések és kísérletek vezettek a kvantumelmélet kialakulásához, valamint hogyan próbálta mindezt interpretálni a tudományos közösség. Olyan részleteket is tárgyalunk, mint a részecskék hullámtermészete és az összefonódás, az olvasó elé tárva ezek filozófiai következményeit. Végül kitérünk a kvantumfizika hétköznapi alkalmazásaira is, mint például a kvantumszámítógépek, napelemek és orvosi diagnosztikai eszközök, amelyek mind a kvantumelmélet alapelveire épülnek.
A közelmúltban a kvantumszámítógépek jelentős érdeklődést váltottak ki, ami nem csak potenciális technológiai jelentőségét tükrözi, de komoly kihívást is jelent fizikai megvalósítása. Egy kvantumszámítógép megépítésének nehézsége abban rejlik, hogy olyan fizikai rendszert találjunk, amely rendelkezik a informatikai számításokhoz szükséges nemlineáris kölcsönhatásokkal, és ezzel egyidejűleg vezérelhető is, de nem kapcsolódik olyan erősen a környezethez, hogy a kvantumkoherencia gyorsan elvesszen. Ezért dolgozatom első részében áttekintem egy kvantum-Turing gép főbb részeit és tulajdonságait. A mágneses magrezonancia (NMR) spektroszkópia sokáig vezető szerepet játszott abban, hogy kis méretben viszonylag egyszerű eszköze legyen a technológia demonstrálásának. A Bell-egyenlőtlenségek által leírt két kvantumos rendszer létrehozásával, egyszerű kvantum logikai áramkörök és logikai kapuk kialakításával és effektív tiszta állapotok megvalósításával olyan kísérletek hajthatóak végre, amelyekkel a kvantumösszefonódás és ennek hatása vizsgálható. Ezeknek a kísérleteknek a szimulálásával a kvantummechanika jobban megérthető és segítik az elméleti hátteret mélyebben megismerni. Így a második felében a dolgozatomnak ezeknek a technikáknak a sajátosságait vettem át.
A poszt-kvantum kriptográfiai algoritmusok elemzése egy nagyszerű téma, mely sosem volt még ennyire aktuális és izgalmakkal teli. Azért választottam ezt a témát, mivel rendkívül elkezdett érdekelni a kriptográfia a témaválasztás idején, emellett a matematikai alapokon nyugvó tudományhoz mindig is rendkívül közel álltam. Ezen téma nagyszerű volt a saját tudásom gyarapítására, arra, hogy igazán elmélyülhessek a jövő izgalmas felfedezéseibe. A téma egy rendkívül fontos dolgot tárgyal, hiszen valamilyen szinten mindenkit érint, aki részese a digitális életnek. A kriptográfiai algoritmusok feltörése, bárhogyan is kerüljön arra sor, egy katasztrófa lenne, és eddig szerencsére erre nem is igazán volt példa rá. Az, hogy a kvantumszámítógépek bonyodalmat lesznek képesek okozni, többé nem egy kérdés, és nem csak elméletben vagy képzeletben létezik, hiszen már hihetetlen erővel dolgoznak rajta, és jelen vannak a köztudatban. Érdemes ezért elgondolkodni, hogy milyen lépéseket teszünk az adataink, a digitális identitásunk védelmében, hiszen bizonytalanság övezi azt, hogy vajon mikor lesznek elég erősek a kvantumszámítógépek ahhoz, hogy a mostani, legerősebb titkosításaink feltörjék. Úgy érzem, hogy rendkívül szerencsés voltam a témával kapcsolatban, mivel az egész folyamat éppen körülöttem történik, és szemtanúja lehetek a változásoknak, amiket előidéz.
A tanulmány a kvantummechanika 1925-ös kialakulásának körülményeit mutatja be. A 20. század elejének nagy megoldatlan problémája volt az atomok vonalas színképének értelmezése, amelyre a fizikusok a klasszikus mechanika és az ad hoc kvantumszabályok egyvelegét javasolták, azonban ez nem nyújtott teljes körű leírást. 1925 júniusában Werner Heisenberg radikális áttörést ért el: elvetette az elektronpályák klasszikus koncepcióját, és kizárólag a megfigyelhető mennyiségekre összpontosított. Az általa kidolgozott mátrixmechanika az energiaszintek közötti átmeneteket matematikai objektumokkal írta le, ezzel megalapozva a modern kvantummechanikát. Munkáját Max Born és Pascual Jordan formalizálták, majd később Erwin Schrödinger hullámmechanikája és Neumann János matematikai keretrendszere tette teljessé. Az új elmélet a klasszikus determinizmust felváltva a valószínűségek és bizonytalanságok világát hozta el, amelynek egyik kulcsfontosságú következménye a Heisenberg- féle határozatlansági reláció volt. A kvantummechanika azóta is a fizika egyik alapvető pillére, technológiai alkalmazásai pedig a modern világ minden területére kihatnak, a tranzisztoroktól a kvantumszámítógépekig.
A könyv célja az, hogy szisztematikus bevezetést adjon a kvantumkémiába, és hogy az alapvető kémiai fogalmak valódi fizikai hátterét bemutassa. Egyrészt a kvantumkémia iránt érdeklődő egyetemi hallgatókat célozza meg, másrészt minden olyan szakembert, aki kíváncsi a kvantumkémia alkalmazására mindennapos kémiai problémák megoldásában. A könyv elolvasása után az olvasó számára világossá válik, hogy mik a kvantumkémia jelenlegi lehetőségei, illetve korlátai. A szerzők megpróbálják mindezt úgy elérni, hogy a felhasznált matematikai apparátus a szövegben minimális legyen. A magasabb matematikai felkészültséget kívánó magyarázatok elkülönítve, a fejezetek végén, a megjegyzések rovatban találhatók.