Kollár Csaba: KVANTUMSZÁMÍTÁSTECHNIKA KATONAI ÉS POLGÁRI KÖRNYEZETBEN - A mesterséges intelligencián innen, vagy már túl? A Magyar Tudomány Ünnepe alkalmából az NKE Hadtudományi és Honvédtisztképző Kara, a Magyar Hadtudományi Társaság és az MH Kiberműveleti Parancsnokság által szervezett "Robothadviselés 2022 – Robottechnológia és Kiberbiztonság" tudományos konferencián elhangzott előadás prezentációja. Időpont: 2022. november 30. Helyszín: Budapest, NKE Zrínyi Miklós Laktanya és Egyetemi Campus

1. Mesterséges
Intelligencia
Műhely
NKE Hadtudományi és Honvédtisztképző Kar, Magyar Hadtudományi Társaság, MH Kiberműveleti Parancsnokság
Robothadviselés 2022 – Robottechnológia és Kiberbiztonság tudományos konferencia
2022. november 30. | Budapest | NKE Zrínyi Miklós Laktanya és Egyetemi Campus
KVANTUMSZÁMÍTÁSTECHNIKA
KATONAI ÉS POLGÁRI KÖRNYEZETBEN
A mesterséges intelligencián
innen, vagy már túl?
Kollár Csaba

3. információbiztonság
humán aspektusa
biztonságtudatosság
fejlesztése
ember-robot interakció
emberi oldala
intelligens városok és
épületek
1. Hogyan oldjunk meg (közel) valós időben
komplex problémákat?
2. Hogyan ismerjük meg és alakítsuk a
sokdimenziós, egymáshoz kapcsolt komplex
rendszereket?
3. Hogyan mérjük a marginális változásokat?
4. Hogyan tudjuk az idő természetes folyamát
megelőzni?
5. Mit jelent, és hogyan szerezhető meg a
kvantumfölény?
kibernetika reneszánsza
TÁRSADALMI VETÜLETEI
GAZDASÁGI HATÁSAI
A MESTERSÉGES INTELLIGENCIA

4. 4.0 ÖKOSZISZTÉMA

5. Köz-
igazgatás
4.0
Logisztika
4.0
Ipar
4.0
Egészség
4.0
Mező-
gazdaság
4.0
Szolgál-
tatás
4.0
Tanács-
adás
4.0
Innováció
4.0
Szak-
képzés
4.0
Robotizáció
Kiber-fizikai
rendszerek
BDA
(I)IoT
szenzorok
Mobil-
technológia
GIS
GPS
Biztonság(i)
(kamerák)
Közösségi
média
AR
VR
MR
Hálózatok
Felhő
MI
Tudomány
4.0
Szimu-
láció
3D
nyomtatás
(Ipari)
metaverzum
Blokklánc
Had-
tudomány
4.0
Kiképzés
4.0
KVANTUM

6. BEVEZETÉS A KVANTUM VILÁGÁBA

7. Miniatürizálás
2 nm – 2024
3 nm – 2022
5 nm – 2020
7 nm – 2018
10 nm – 2016
14 nm – 2014
22 nm – 2012
32 nm – 2009
45 nm – 2007
65 nm – 2005
90 nm – 2003
130 nm – 2001
180 nm – 1999
250 nm – 1996
350 nm – 1993
600 nm – 1990
800 nm – 1987
1 µm – 1984
1.5 µm – 1981
3 µm – 1977
6 µm – 1974
10 µm – 1971
MOORE TÖRVÉNYE

8. „Nature isn't classical, dammit, and if you want to make a
simulation of nature, you'd better make it quantum mechanical,
and by golly it's a wonderful problem, because it doesn't look so
easy.”
„A természet nem klasszikus, a fenébe is, és ha a természet
szimulációját akarod készíteni, akkor inkább
kvantummechanikussá tedd, és ez egy csodálatos probléma, mert
nem tűnik olyan egyszerűnek.”
RICHARD P. FEYNMAN GONDOLATA

9.  Kis méreteknél az anyag pontszerűsége (pontos helyzete) elmosódik.
 A rendszer pillanatnyi állapotát hullámfüggvény ábrázolja, a mérhető
tulajdonságok valószínűségi eloszlását írjuk le.
KVANTUMELMÉLET
ALAPGONDOLATOK
1. Szuperpozíció: itt is vagyok, ott is vagyok, a macska élő is, meg nem is,
hoztam ajándékot, meg nem is, a feldobott pénz egyszerre fej is, meg írás
is, elektron helyzete az atommag körül.
2. A mérés megváltoztatja a kvantumbitet.
3. A kvantumbitek összefonódhatnak, s amikor mérést hajtunk végre az
egyiken, az befolyásolja a másik állapotát is.

10.  Rendelkeznünk kell vele, hogy kivédjük a másik fél kvantumtámadását
 Megoldást jelent a jelenlegi technológiák és módszerek hatékonyságának
növelésére, majd leváltására
 Precizitás: a jelenleginél nagyságrendekkel pontosabb mérés
 Új lehetőségek: a jelenlegi technológia keretein történő túlmutatás
MIÉRT JÓ/KELL A KVANTUMOT HASZNÁLNI?

11. KVANTUM A GYAKORLATBAN

12. Kvantum-
technológia
Kvantum-
érzékelés
Kvantum-
kommuni-
káció
Kvantumos
szimuláció
Kvantum-
számítás-
technika

13.  Szenzortechnológia fejlődése
 Nagyon pontos érzékelők
 Marginális változások érzékelése
 Cél: idő, gyorsulás, mágneses mező, elektromágneses sugárzás mérésére
 Bevezetés:
 Néhány éven belül a navigáció területén
 10+ év a továbbfejlesztett radar számára
KVANTUMÉRZÉKELÉS 1.

14.  Felhasználás
 Pénzügyi ügyletek ellenőrzése
 Intelligens elektromos hálózatok dinamikus szabályozása
 GPS rendszerek
 Földrengések és vulkánkitörések szeizmográfiai előrejelzésére
 Olaj- és gáztartalékok földalatti feltárására,
 Nagy építési projektek alatti talaj szilárdságának érzékelésére anélkül, hogy
fúrólyukakat kellene ásni
 Kvantumgyorsulásmérők autonóm járművekbe
 Orvosi alkalmazások: MRI, PET javítása
 Lidar és radar fejlesztése hírszerzési, megfigyelési és felderítési célokra
KVANTUMÉRZÉKELÉS 2.

15.  A fény kvantumtulajdonságait használó jelek továbbítása
 Információ fénysebességgel történő szállítása (foton)
 Kvantumtitkosítás – „feltörhetetlen”
 Biztonságos, nehezen lehallgatható kommunikáció
 Kvantumérzékelők és számítógépek hálózatba kapcsolása – kvantuminternet
 Bevezetés:
 Kínában, az EU-ban és Japánban már kereskedelmi forgalomban kapható
kommunikációs biztonsági alkalmazások érhetők el
 Hálózati alkalmazások még 10+ év múlva
KVANTUMKOMMUNIKÁCIÓ ÉS -INFORMÁCIÓ

16.  Gyógyhatású molekulák gyors beazonosítása
 Hatékony műtrágyagyártás
 Gazdasági folyamatok szimulációja, modellezése
 Ipari és katonai metaverzumok
 Vegyi- és biológiai fegyverek hatásának szimulációja
 Bevezetés:
 Jelenleg már zajlanak
 Kvantumszámítástechnika bevezetésével párhuzamosan
KVANTUMOS SZIMULÁCIÓ

17. KVANTUMSZÁMÍTÁSTECHNIKA
 Új számítási technológia, amelyik egyszerre képes nagy mennyiségű
információt feldolgozni
 Bevezetés:
 Speciális alkalmazások 5 éven belül
 A legfontosabb alkalmazások 10 éven belül
 Három, ismertebb algoritmus:
 Shor-algoritmus
 Grover-algoritmus
 Harrow-Hassidim-Lloyd (HHL) algoritmus

18. Bontsunk fel számokat prímszámok szorzatára (RSA titkosítás)!
Hagyományos módszerrel:
• Átlagos számítógépen 60 jegyű szám 10 perc, 1024 jegyű szám 1054 év
• Ahogy a számjegyek száma növekszik, exponenciális növekedés a megoldási időben
• Kiszámolni nehéz, ellenőrizni könnyű
Kvantum módszerrel:
• 1024 jegynél kb. 1 nap alatt
Kvantum sokkal gyorsabb, mint a hagyományos.
Eredmény: az RSA titkosítást belátható időn belül fel lehet törni (-)
Felhasználás: interneten keresztül továbbított érzékeny információk visszafejtése
(online kereskedelem, nemzetbiztonság), blokklánc protokoll biztonságának
megsemmisítése
PRÍM-FAKTORIZÁCIÓ (SHOR-ALGORITMUS)

19. Van egy sok (n) adatból álló adatsorunk (pl.: telefonkönyv).
Kinek a száma a +36-1-758-4321?
Hagyományos módszerrel
• Legrosszabb esetben n-1 lekérdezés kell
• Az adatbázis nagyságával arányos nő a lekérdezések száma és ideje
Kvantum módszerrel
• n a keresési idő
Kvantum 4-szer gyorsabb, mint a hagyományos.
Eredmény: hatékonyabb keresés (+)
Felhasználás: logisztika, ellátási lánc optimalizálása, szállítási útvonaltervezés, pénzügyi
menedzsment, és az összetett fizikai rendszerek (például nukleáris vagy időjárási
rendszerek) modellezése
ADATKERESÉS (GROVER-ALGORITMUS)

20. • Javítja a mesterséges intelligenciában használt gépi tanulási algoritmusokat
• Időhatékonyság: exponenciálisan gyorsabb, mint a klasszikus számítógép
• Általános lineáris algebrai problémák megoldása:
• Fourier-transzformáció
• Saját-vektor és sajátérkék keresés
• Lineáris egyenlethalmazok megoldása 2n dimenziós vektortereken keresztül polinomiális időben
GÉPI TANULÁS (HHL-ALGORITMUS)

21. KATONAI PÉLDÁK

23. KVANTUMÉRZÉKELÉS – HELYHEGHATÁROZÁS
 GPS használata nem lehetséges/megengedett
 A Föld gravitációs és mágneses mezőinek kis eltérései vannak (anomáliák), ezek helyről
helyre változnak
 Egy érzékeny gravitométer vagy magnetométer pontos méréseket végezhet a helyi
mezőkről, és összehasonlíthatja azokat ezen anomáliák térképeivel, hogy külső
kommunikáció nélkül navigálhasson
 Továbbfejlesztett gyorsulásmérők: önálló inerciális navigációs rendszereket (INS): a
merülő tengeralattjárók a jelenleg lehetségesnél 1000-szer pontosabban rögzítsék
helyzetüket
+ A navigációs technika teljes egészében az üzemeltető járművön belüli mezőkön alapul,
nem igényel külső kommunikációt, nem lehallgatható, és rendkívül nehéz akadályozni
- A helyi mágneses tereket előre fel kell térképezni a navigálni kívánt régióban, ami a tiltott
területeken kihívást jelenthet

24. KVANTUMÉRZÉKELÉS – KVANTUMKÉPALKOTÁS
 Szellemképalkotás
 Távoli objektumok észlelésére nagyon gyenge megvilágítási sugarak segítségével
 Füstön, felhőkön való „átlátás” képessége
 Földről, pilóta nélküli légi járművekről vagy műholdakról származó nagy távolságú
hírszerzési, megfigyelési és felderítési célok
 Nagyobb felbontás a normál képalkotáshoz képest
 Kvantummegvilágítás
 kvantumradarnak egyedülállóan hatékonynak kell lennie az alacsony reflexiós
célpontok nagyon zajos háttér előtti észlelésére
 Hatékony a lopakodó repülőgépek észlelésére
 Nehezebben a radart felderíteni

25. KVANTUMKOMMUNIKÁCIÓ
 Kiberhadviselés
 Kvantumkulcs-elosztás (QKD)
 Optikai kábelen, szabadban, műholdon keresztül
 Kódolt kommunikáció feltörése, feltörés elleni védelem
 Új titkosítási algoritmusok
 Kína
 (katonai) Kvantumműhold

26. JÁTSZÓTÉR

27. ARDUINO

28. IBM QUANTUM

29. QUANTUMPLAYGROUND

30. MERRE TOVÁBB?

31.  Kutatásokat kell végezni a kvantumtechnológiák fejlesztéséből adódó problémák,
következmények, fenyegetések és választási lehetőségek megértése érdekében
 Új katonai doktrínákra, katonai forgatókönyvek és tervek frissítésére, módosítására
vagy létrehozására van szükség
 A Kvantumkorszak új technikák és fegyverek kifejlesztését és/vagy beszerzését
irányozza elő
 Civil-katonai együttműködés: nemzeti kvantumtechnológiai erőforrások hatékony
felhasználása
 (katonai) kvantumkonkurencia folyamatos monitorozása
 Kvantumelőny/fölény megszerzése és megtartása: kvantumtechnológiával
kapcsolatos kutatási eredmények titkosítása, kvantumtechnológia exportjának
korlátozása/tiltása
 Elérkezünk a kvantumhadviselés korszakába

32. Dr. Kollár Csaba PhD
kibernetikus, tudományos főmunkatárs, Óbudai Egyetem Bánki Donát Gépész és Biztonságtechnikai Mérnöki Kar Mesterséges Intelligencia Műhely
szakértő, Magyar Hadtudományi Társaság
oktató, témavezető, Nemzeti Közszolgálati Egyetem Katonai Műszaki Doktori Iskola
https://www.linkedin.com/in/drkollarcsaba | http://www.slideshare.net/drkollarcsaba
KÖSZÖNÖM MEGTISZTELŐ FIGYELMÜKET!

33. A FELHASZNÁLT KÉPEK FORRÁSA
• https://pixabay.com/illustrations/quantum-physics-wave-particles-4550602/
• https://pixabay.com/photos/quantum-computer-processor-computer-3679893/
• https://pixabay.com/photos/sea-beach-cloud-ocean-healing-4590984/
• https://pixabay.com/photos/brussel-atomium-landmark-958408/G
• https://en.wikipedia.org/wiki/Moore%27s_law#/media/File:Moore's_Law_Transistor_Count_1970-2020.png
• https://www.3szek.ro/load/cikk/152577/a-szo-mint-anyag
• https://pixabay.com/photos/board-electronics-computer-453758/
• https://pixabay.com/photos/physics-quantum-mechanics-3864564/
• https://images.nature.com/original/magazine-assets/d41586-021-03476-5/d41586-021-03476-5_19875842.jpg
• https://wallpapercave.com/w/wp2865111
• Michal Krelina: Quantum technology for military applications. EPJ Quantum Technology (2021) 8:24, 23 p.
• https://pixabay.com/photos/lego-toys-figurines-crowd-many-1044891/
• https://pixabay.com/photos/architecture-buildings-cars-city-1837176/
• https://pixabay.com/photos/mountains-field-clouds-sunlight-3048299/