A kvantumszámítógépek fejlődése és aktualitása

Katona Martin (2021) A kvantumszámítógépek fejlődése és aktualitása. Pénzügyi és Számviteli Kar.

	PDF Katona_Martin_VL5CTG_A_kvantumszamitogepek_fejlodese_es_aktualitasa.pdf Hozzáférés joga: Csak nyilvántartásba vett egyetemi IP címekről nyitható meg Download (1MB)
	PDF szakdolgozati osszefoglalas_2022májustól.pdf Hozzáférés joga: Csak nyilvántartásba vett egyetemi IP címekről nyitható meg Download (220kB)
	PDF Külső_konzulens_vélemény.pdf Hozzáférés joga: Bizalmas dokumentum (bírálat) Download (989kB)
	PDF Katona_Martin-biralat.pdf Hozzáférés joga: Bizalmas dokumentum (bírálat) Download (68kB)

Absztrakt (kivonat)

Szakdolgozatom a kvantumszámítógépek múltját, jelenét és jövőjét vizsgálja. Jelenleg már most is számos területen használják a kvantumszámítógépeket, például az autóiparban, energiaszektorban, logisztikában úgy, hogy a technológia még csak gyerekcipőben jár. A jövőben még sokat fogunk hallani a technológiáról. A ma ismert számítógépeink hosszú utat tettek meg, mire elérték a jelenlegi pozíciójukat. Az ember már időszámításunk előtt is használt eszközöket, hogy segítségre leljen a számolásban, így született meg az abakusz is, mint számolást támogató eszköz. Az első mechanikusnak nevezhető számológépünk ötlete Pascalhoz fűződik. Az ő ötletei szolgáltak alapul Charles Babbage differenciálgépéhez. A differenciálgép és maga Babbage ötletei megalapozták az egész 20. századi gépek iparát. A 20. század elejéhez tartoznak az első lyukkártyás gépek, a differenciál elemző és Mark 1-es gép, amely forradalmasította az ipart és volt a számítógépek atyja. Az első generációs gépek még erre a modellre hasonlítottak, viszont vákuumcsövek hajtották őket és hatalmas helyet foglaltak. A második generáció már tranzisztorok irányába hajlott, ami már a 20. század közepén is jelentősen lecsökkentette az alapterületet, amit a gépek foglalnak. Megszülettek olyan programozási nyelvek, mint a FORTRAN és a COBOL. Példának hozhatjuk ide a CDC számítógépét, az IBM 700-as sorozatát vagy az UNIVACOT-ot. A harmadik generációs gépek kezdetét az UNIVAC egy újított verziója jelentette, amiben a tranzisztorok kisebb áramkörökre lettek cserélve, amik az integrált áramkörök voltak. Főleg az IBM a System/360 sorozattal, illetve az UNIVAC uralták ezt az időszakot. A negyedik generációs számítógépek már csak 50 év távlatában jártak hozzánk képest. Legismertebb technológia újítás a mikroprocesszorok, mint az Intel 4004-es CPU-ja, illetve a VLSI technológia volt. Híresebb gyártok, például az Apple, aki megépítette az Apple I számítógépét vagy az MITS Altair 8800-as gépe. A jelenkorunk a VLSI utóda, az ULSI technológia uralja, olyan gyártókkal, mint az AMD, Intel, ARM. A korunk nagy technológiai újítása még a mesterséges intelligencia. A kvantumszámítógépek ötletének megszületés elsőnek az 1970-es évekre tehető vissza, viszont az első kvantumszámítógép csak 1997-ben épült meg, nukleáris mágneses rezonancia technológiáján és 1 qubittel. A kvantum számítás alapjait a qubitek és logikai kapuk alkotják főleg. A számítások felgyorsítására több algoritmust is feltaláltak, amely még jobban csak felgyorsította az adatfeldolgozást. Példa ide a Deutsch-Jozsa algoritmus, Simon algoritmus, vagy Shor algoritmusa. A kvantumszámítógépek felépítését is jó, ha ismerjük. Az első fontos rész az firmware. Ez a kvantum-számítástechnika legalacsonyabb szintje, ami áthidalja a szakadékot az algoritmusok és a logikai műveletek elvégzéséhez. Következő fontos szintje a hardware. A kvantum hardware több részre osztható, Az egyik a kvantumréteg, ami a gépünk úgy nevezett szíve. Tartalmaz minden olyan támogató áramkört, amely a qubitek állapotának méréséhez és a fizikai qubiteken végzett kapuműveletek elvégzéséhez szükséges egy logikai kapukon alapuló rendszer esetében. Következő része a vezérlési és mérési réteg, amely vezérlő processzor digitális jeleit alakítja át. Végül utolsó pontban a vezérló processzor réteg és a gazdaprocesszor tartozik a harmadik részletünkbe. A vezérlő processzor réteg azonosítja és elindítja a kvantumkapu műveletek és mérések megfelelő rendszerét, a gazdaprocesszor pedig egy klasszikus számítógép, amit támogatja a kvantumszámítógépünket. A kvantumfölény jelentése, hogy a kvantumszámítógépek olyan dolgokra képesek, amelyekre a klasszikus számítógépek nem képesek, vagy olyan hosszú időre van szükségük, ami emberi időben mérve nem kivárható. Ez azért is fontos számunkra, mivel, ha ez megtörténik, akkor már a médiában is felütötte a fejét, hogy a titkosított adataink sokkal könnyebben feltörhetőek lesznek. A megoldás a problémára, hogy kvantum elveit felhasználjuk a védekezésre, így ismét sok időt tudunk magunknak kölcsönözni. A pozitív oldala a kvantumfölénynek viszont sok minden lehet, például a most meglévő folyamataink még optimálisabb verziói. Sokat nyerhet ezzel a kémia, a molekula struktúrák modellezésével, az egészségügy, az adatok elemzésével, vagy a pénzügy, ami már akár most is felhasználja a jelenlegi technológiát, például a csalás által elkövetett tranzakciók kiszűrésére. A projektem címe végül kvantumszámítógép mérési eredményeinek összevetése lett, mivel két különböző résszel rendelkezik, amik kapcsolódnak egymáshoz. Elsőnek is kíváncsi voltam, hogy ha igaz az a tény, hogy van olyan folyamat, amiben a kvantumszámítógép gyorsabb és ez hogyan nyilvánul meg. Itt a hagyományos programozás elveivel szemben versenyzett a kvantumszámítógépünk, ahol elsöprő győzelmet szerzett ebben a feladatban. A titkos számunkat egy próbálkozás során sikerült kitalálnia, míg ez egy hagyományos programnak annyi próbálkozásra lett volna szükséges, amennyi karakterből áll a titkos számunk. Második részben kíváncsi voltam, hogy milyen eredményt hoz, ha egy valós kvantumszámítógépen futtatjuk le a kódunk és nem csak egy szimulátoron. A szimulátor egy tökéletes kvantumszámítógépet vesz alapul, így az eredménye mindig konzisztens marad, míg a valódi kvantumszámítógépen lefuttatott kódunk nem volt teljesen egységes, 88%-ban hozta az elvárt eredményt és voltak bizonyos interferenciák. Ezeket a kvantumzajnak tudhatjuk be, ami a gép qubit száma, logikai kapuk mennyisége, illetve különböző fizikai tulajdonságok lehetnek. Példa a hőmérséklete a QCPU-nak vagy az áramellenállásban lévő ingadozás. Az eredményünk szempontjából a valódi kvantumszámítógép még nem feltétlen hozza meg az egyértelmű megoldásunkat, erre lehet megoldás, hogy több alkalommal futtatjuk le, így könnyebben kiszűrhetők a zaj alapú interferenciák.

Intézmény

Budapesti Gazdasági Egyetem

Kar

Pénzügyi és Számviteli Kar

Tanszék

Gazdaságinformatika Tanszék

Tudományterület/tudományág

NEM RÉSZLETEZETT

Szak

Gazdaságinformatikus (BA)

Konzulens(ek)

Mű típusa:	diplomadolgozat (NEM RÉSZLETEZETT)
Kulcsszavak:	kvantum, kvantum-számítástechnika, kvantumszámítógép, qubit, számítógépek
SWORD Depositor:	Archive User
Felhasználói azonosító szám (ID):	Archive User
Rekord készítés dátuma:	2024. Jan. 24. 09:48
Utolsó módosítás:	2024. Jan. 24. 09:48

Actions (login required)

Tétel nézet