Kvantuminformatika

MSc mérnökinformatikus mellékspecializáció

Célkitűzés

A kvantumos elveken működő informatika és távközlés mára a technológiai fejlesztések útjára lépett. Szerte a világon sorra válnak hozzáférhetővé kvantumszámítógépek, illetve létesülnek teszthálózatok. Az Európai Unió 2016-ban hirdette meg vonatkozó programját a versenyelőny megszerzése érdekében. Ez a program évről évre mind tartalmát tekintve, mind finanszírozásilag jelentősen bővül. Mára mind több  multinacionális cég alkalmaz szakembereket a kvantumos átállás előkészítésére miközben egyre több startup cég alakul világszerte.

A Kvantuminformatika mellékspecializáció elsődleges célkitűzése, hogy a hazai vállalatok és vállalkozások számára a kvantumos technológiák működési elveit és gyakorlati megvalósításait ismerő, a témakörben nemzetközi szinten is jól tájékozott kreatív mérnököket neveljen. Ennek érdekében mérnöki megközelítésben áttekintjük azokat a fizikai elveket, működési szabályokat, melyekre ez a szakterület épül. Bemutatjuk a kvantumszámítógépek hardver megoldásait és a meghatározó kvantumos programozási nyelveket. Áttekintjük a legfontosabb algoritmusokat és alkalmazási területeket (adatfeldolgozás, optimalizálás, stb.). A hagyományos informatikához hasonlóan a kvantumszámítógépek hálózatba kapcsolásával minőségi előrelépés érhető el, ezért a specializációt választó hallgatók megismerkednek az optikai szál alapú és a műholdas kvantumkommunikációs rendszerekkel, melyek kiemelt alkalmazási területe – a kvantumszámítógépek összekacsolása mellett – a kvantumos elvekre épülő kriptográfia. Az előadások mellett a gyakorlatok keretében a hallgatók tervezési, elemzési feladatokba nyernek betekintést. A specializáció laboratóriumi foglalkozásai során pedig távoli hozzáféréssel kvantumszámítógépek programozásban szereznek gyakorlatot, illetve a hazai kvantumos hálózaton végeznek teszteléseket.

A specializáció programja

Kvantumszámítógépek és alkalmazásaik
A tárgy fő célkitűzései egyfelől a kvantumszámítógépek működésére és programozására vonatkozó ismeretek átadása. Ezen belül a hallgatók megismerkednek a különféle kvantumszámítógépes architektúrákkal. Másfelől bemutatjuk a kvantumos algoritmusok tervezési módszertanát és a legfontosabb hatékony algoritmusokat, illetve azokat a korszerű kvantumszámítógép-programozási nyelveket, rendszereket, melyek lehetővé teszik ezek futtatását a kvantumszámítógépeken. Végezetül a hallgatók megismerkednek a kvantuminformatikai rendszerek minősítését lehetővé benchmarking technikákkal.

Kvantumhálózatok
A tárgy célja kvantumkommunikációs ismeretek átadása a hallgatók számára. A tantárgy célja elmagyarázni a kvantumkommunikációs hálózatok működési alapjait és megvilágítani kvantumkommunikáció fontosságát és alkalmazhatóságának sokszínűségét. A kapcsolódó kvantum-információelméleti alapfogalmak bevezetését követően a tárgy kvantumkommunikációs hálózatokról nyújt alapos áttekintést, tárgyalva mind a kvantum alapú kulcsszétosztó (QKD) hálózatokat, mind az úgynevezett „beyond QKD” megoldásokat, amelyek a jövő kvantuminternetének alapját jelentik

Kvantuminformatika laboratórium
A laboratórium elsődleges célja a Kvantuminformatika mellékspecializáció két tantárgyában átadott ismeretek szemléltetése és elmélyítése a hallgatók személyes tapasztalatszerzése útján. A laboratórium keretében egyfelől lehetőség nyílik a korszerű kvantumprogramozási paradigmák kipróbálására, másfelől a BME saját fejlesztésű kvantumhálózatos rendszereinek, tesztelésére.  Tekintettel arra, hogy az EU 2023-ban megkezdi a páneurópai kvantumhálózat kiépítését és a Műegyetem meghatározó hazai szereplője ennek a folyamatnak, lehetőséget kívánunk biztosítani a kiépülő hálózat megismerésére, gyakorlati tapasztalatok szerzésére.

Ajánlott választható tárgyaink

Bevezetés a kvantum-informatikába és kommunikációba
Optikai kvantumkommunikációs rendszerek

Önálló labor, diplomatervezés

Az önálló laboratórium és a diplomaterv témák a Tanszék összes témája közül választhatók, azonban a specializációhoz illeszkedően tipikusan a kvantum számítógépek és a kvantum kommunikáció tématerületével kapcsolatos témákat szoktuk javasolni.

Specializációfelelős

Dr. Bacsárdi László, egyetemi docens
BME Hálózati Rendszerek és Szolgáltatások Tanszék (HIT)
Mobil Kommunikáció és Kvantumtechnológiák Laboratórium (MCL)
bacsardi@hit.bme.hu