W ostatnich dekadach można zaobserwować stopniową technologiczną marginalizację Europy, polegającą m.in. na uzależnieniu od importu zaawansowanych technologicznie mikrochipów ze Stanów Zjednoczonych i Tajwanu. Planowane inwestycje w rozwój i produkcję półprzewodników w krajach członkowskich UE najprawdopodobniej nie spowodują, że Europa dorówna w tym zakresie USA i Chinom. Rozwiązaniem tego problemu może się okazać technologia kwantowa, której wykorzystanie w gospodarce jest we wszystkich światowych ośrodkach w początkowej fazie. Wydajność obliczeń kwantowych przewyższa algorytmy stosowane w technologii krzemowej o kilkadziesiąt rzędów wielkości. To oznacza, że dostęp do technologii kwantowej stanie się w nadchodzących latach podstawową determinantą bezpieczeństwa. Celem artykułu jest przedstawienie zagadnienia technologii kwantowej i jej najważniejszych implikacji w kontekście suwerenności technologicznej Unii Europejskiej.
W ostatnich dekadach można zaobserwować stopniową technologiczną marginalizację Europy, polegającą m.in. na uzależnieniu od importu zaawansowanych technologicznie mikrochipów ze Stanów Zjednoczonych i Tajwanu. Planowane inwestycje w rozwój i produkcję półprzewodników w krajach członkowskich UE najprawdopodobniej nie spowodują, że Europa dorówna w tym zakresie USA i Chinom. Rozwiązaniem tego problemu może się okazać technologia kwantowa, której wykorzystanie w gospodarce jest we wszystkich światowych ośrodkach w początkowej fazie. Wydajność obliczeń kwantowych przewyższa algorytmy stosowane w technologii krzemowej o kilkadziesiąt rzędów wielkości. To oznacza, że dostęp do technologii kwantowej stanie się w nadchodzących latach podstawową determinantą bezpieczeństwa. Celem artykułu jest przedstawienie zagadnienia technologii kwantowej i jej najważniejszych implikacji w kontekście suwerenności technologicznej Unii Europejskiej.
Problematyka cyberbezpieczeństwa jest obecnie jednym z najważniejszych wyzwań stojących przed ekspertami branży IT. Firmy, organizacje i inne jednostki borykają się z coraz większą liczbą zagrożeń, a cyberprzestępcy stosują coraz bardziej wyszukane metody ataków. Bezpieczeństwo informacji jest zatem priorytetowym zadaniem dla wszelkiego rodzaju instytucji oraz przedsiębiorstw. W pierwszej części niniejszego artykułu zostaną omówione raporty dotyczące problematyki bezpieczeństwa cyfrowego oraz wyzwania stawiane systemom informatycznym w organizacjach i firmach, natomiast w części drugiej autorzy postarają się pokazać rolę algorytmów szyfrujących w dziedzinie cyberbezpieczeństwa oraz możliwości wykorzystania kryptografii kwantowej, jako obecnie najbardziej perspektywicznego rozwiązania, które można wykorzystać w procesie zabezpieczenia systemów IT
Juz dziś wiadomo, ze z chwilą udanej realizacji komputera kwantowego maszyna ta bedzie pozwalala na znajdowanie rozwiązan problemow obliczeniowych lezących poza zasiegiem komputerow klasycznych. Opracowano szereg algorytmow kwantowych, z ktorych najwiekszą slawą cieszy sie procedura Shora, pozwalająca efektywnie dokonywac tzw. faktoryzacji, tj. rozkladu bardzo duzych liczb naturalnych na czynniki pierwsze. Na trudności obliczeniowej faktoryzacji opiera sie bezpieczenstwo najpowszechniej dziś stosowanego szyfru z kluczem publicznym RSA, zatem udana realizacja komputera kwantowego uczynilaby stosowane dziś systemy szyfrujące przezroczystymi. Z kolei procedura Grovera w nieuporządkowanej bazie danych rozmiaru n znajduje rekord spelniający wybrane kryterium w czasie rzedu n^0.5, co oczywiście jest niewykonalne w modelu klasycznym. Model obliczenia kwantowego na trwale zadomowil sie na gruncie informatyki teoretycznej. Wyniki z zakresu kwantowych algorytmow rozstrzygających zagadnienia kombinatoryczne, kwantowych klas zlozoności obliczeniowej lub kwantowego kosztu komunikacyjnego obliczen są dziś regularnie publikowane w renomowanych periodykach i prezentowane na miedzynarodowych sympozjach poświeconych analizie algorytmow. Mimo niewątpliwie intensywnego rozwoju tego nowego obszaru wiedzy jego rezultaty wciąz pozostają dośc hermetyczne i nieczytelne dla szerszego ogolu odbiorcow. Jest to wynikiem silnie interdyscyplinarnego charakteru dziedziny, wymagającej od czytelnika znajomości szeregu pozornie niezwiązanych ze sobą faktow z zakresu informatyki (m.in. teorii algorytmow, modeli formalnych obliczen), matematyki (w tym algebry abstrakcyjnej i teorii liczb) oraz podstaw fizyki kwantowej. Niniejsze opracowanie stawia sobie za cel odczarowanie tej dziedziny, precyzyjnie selekcjonując material potrzebny do zrozumienia pojec obliczenia kwantowego, analizy kwantowych algorytmow oraz wprowadzając aparat formalny pozwalający na dalsze samodzielne studiowanie literatury. Dolozono tez wszelkich staran, aby uczynic te ksiązke spojną, zamknietą konstrukcją tematyczną, niewymagającą od czytelnika stykającego sie po raz pierwszy z informatyką kwantową poszukiwania pelniejszych wyjaśnien niezbednych pojec i wątkow pobocznych, ani tez przyjmowania na wiare wykorzystywanych faktow.
„Nowa dyscyplina: informatyka kwantowa, której podstawy przedstawia Michel Le Bellac jest pełna niespodzianek i chwilami wydaje się zahaczać o paradoks. Musimy przyzwyczaić nasze umysły do jej reguł i zasad, które wydają nam się dziwne. Świat fizyczny nie jest taki, jak zakładała informatyka klasyczna, gdy powstawała w połowie XX-go wieku (kopiowanie informacji bez ograniczeń, informacji zlokalizowanej itd.), ale światem bardziej subtelnym – być może zrozumiemy, że nie jest on bardziej skomplikowany, co z talentem i kompetencją przekazuje nam ta książka.” /Ze wstępu/ Przystępna prezentacja teorii informacji kwantowej, która opisuje teoretyczne założenia informatyki kwantowej. Nauka ta zajmuje się wykorzystaniem zjawisk kwantowych do szybszego przesyłania i przetwarzania informacji, a także bezpieczeństwa jej przekazu niemożliwego do osiągnięcia za pomocą dotychczas wykonywanych metod i urządzeń. W książce omówiono: - podstawowe pojęcia mechaniki kwantowej, - pojęcie bitu kwantowego - kubitu, - obliczenia kwantowe, - możliwości fizycznej realizacji komputerów kwantowych. Książka napisana jest prostym językiem, a do jej zrozumienia potrzebna jest jedynie znajomość algebry liniowej oraz podstaw mechaniki kwantowej. Podręcznik adresowany jest do fizyków, informatyków i matematyków, którzy chcą poznać nowo rodzącą się naukę jaką jest informatyka kwantowa.
Oddajemy w ręce Czytelnika nietypowe wydawnictwo składające się z dwóch części: pierwsza to komiks akcji, którego tematyka nawiązuje do pewnych zagadnień informatyki kwantowej, druga – to podręcznik z wyłożonymi podstawami tej dziedziny. \nAutor części podręcznikowej, Piotr Gawron – pracownik naukowy Instytutu Informatyki Teoretycznej i Stosowanej Polskiej Akademii Nauk – wyjaśnia: ,,Chciałem stworzyć publikację na temat informatyki kwantowej, która byłaby zrozumiała dla mnie samego z czasów, kiedy miałem osiemnaście lat. Szukałem wtedy informacji o mechanice kwantowej, ale publikacje popularnonaukowe były – z mojej perspektywy – napisane zbyt niejasnym językiem. Dlatego postanowiłem, że w tym podręczniku będę używać języka zrozumiałego dla umysłów ścisłych – języka matematyki. Uznałem jednak, że sam wykład to trochę za mało, żeby przyciągnąć takiego czytelnika, jakim byłem w czasach nauki w liceum. Stąd pomysł, aby podstawy informatyki kwantowej pokazać w formie futurystycznego, sensacyjnego komiksu”. \n \nKsiążka została przygotowana dzięki programowi eNgage, będącemu częścią projektu SKILLS, realizowanego przez Fundację na rzecz Nauki Polskiej. Promuje on nowatorskie przedsięwzięcia popularnonaukowe, których celem jest nie tylko w przystępny sposób mówić o nauce, ale też być dla ich twórców okazją do nabycia nowych umiejętności. Macie zatem przed sobą książkę-eksperyment; jednak, jako jej autorzy, liczymy, że będziecie się przy niej dobrze bawić – niezależnie od tego, czy przeczytacie jedną, czy obie jej części.
Mechanika kwantowa wprowadziła nowy zestaw rewolucyjnych idei, takich jak dualizm korpuskularno-falowy, superpozycja stanów, nieoznaczoność, komplementarność, splątanie i całkowicie nowe podejście do prawdopodobieństwa. Mechanika kwantowa została stworzona w celu wyjaśnienia paradoksalnych odkryć, całkowicie niemożliwych do wyjaśnienia w ramach fizyki klasycznej. Współcześnie podobną sytuację możemy znaleźć w naukach o poznaniu i teoriach decyzji – wiele odkryć wydaje się paradoksalnych z punktu widzenia klasycznej teorii prawdopodobieństwa. Na przykład w pewnych warunkach ludzie szacują prawdopodobieństwo koniunkcji zdarzeń A i B jako większe niż prawdopodobieństwo z członów koniunkcji, co jest nazywane błędem koniunkcji, w innych okolicznościach oceniają prawdopodobieństwo sumy zdarzeń A lub B jako mniejsze niż prawdopodobieństwo jednego ze zdarzeń, co jest nazywane błędem dysjunkcji.Celem niniejszego artykułu jest omówienie podstawowych idei programu badawczego Quantum Cognition, który jest zastosowaniem abstrakcyjnego formalizmu mechaniki kwantowej do modelowania czynności poznawczych i procesów decyzyjnych. Kwantowa teoria prawdopodobieństwa, pierwotnie stworzona w celu opisania pomiaru w mechanice kwantowej, wydaje się skutecznym narzędziem w modelowaniu czynności poznawczych i procesów decyzyjnych.
Rozwój klasycznych systemów obliczeniowych nieuchronnie zbliża się do swoich fizycznych barier, co stwarza wyzwanie dla sektorów wymagających analizy ogromnych zbiorów danych w czasie rzeczywistym. Celem niniejszego artykułu jest analiza potencjału technologii kwantowych, w szczególności algorytmów wyżarzania kwantowego i kwantowego uczenia maszynowego (QML), w optymalizacji i zarządzaniu ruchem lotniczym (ATM). W obliczu rosnącego nasycenia przestrzeni powietrznej i wynikającego z tego spadku jej przepustowości, w pracy zweryfikowano możliwość wdrożenia układów opartych na kubitach (na przykładzie architektury D-Wave) do rozwiązywania problemów nawigacyjnych. Przeanalizowano dwa kluczowe obszary: analizę obrazowania satelitarnego dla systemów GIS oraz dekonfliktację optymalnych pod względem wiatru trajektorii lotu (np. na obszarze Północnego Atlantyku). Badania dowodzą, że mapowanie problemów lotniczych do kwadratowego problemu optymalizacji binarnej (QUBO) pozwala na błyskawiczne generowanie bezkolizyjnych wariantów przepływu ruchu, na przykład poprzez parametryzację opóźnień odlotów. Ponadto, algorytmy QML wykazują przewagę nad metodami klasycznymi w precyzyjnej ekstrakcji punktów kluczowych ze zdjęć satelitarnych. Mimo aktualnych ograniczeń sprzętowych ery NISQ, takich jak zjawisko dekoherencji, przeprowadzone dowody słuszności koncepcji (proof-of-concept) potwierdzają, że hybrydowe systemy kwantowe stanowią wysoce perspektywiczny fundament dla przyszłych systemów nawigacji 4D oraz bezpieczeństwa lotnictwa.