Bemutatkozás

A kvantumtechnológia fejlődése új perspektívákat nyit a számítástechnika, a hálózatok, az információfeldolgozás és a mesterséges intelligencia alapú döntéshozatal területén, ugyanakkor új kibervédelmi fenyegetéseket is jelent társadalmunk számára. Feltételezzük, hogy a (közel)jövőben megépülnek a nagy teljesítményű kvantumszámítógépek, amelyek bizonyos számítási feladatokat hatékonyabban (azaz kevesebb idő- vagy energiafelhasználással) lesznek képesek elvégezni, mint a klasszikus számítógépek. Ez egyrészt egyértelműen pozitív eredmény, amely új lehetőségeket teremt például az optimalizálás, a gyógyszerkutatás vagy a tudományos számítások terén. Másrészt viszont arra is kényszerít bennünket, hogy újratervezzük a kriptográfiai eszköztárunkat, annak érdekében, hogy a ma védett adatok a kvantumkorszak számítógépei számára se legyenek könnyen hozzáférhetők.

A kutatócsoport mindkét oldalra fókuszál: egyrészt kvantum alapú, másrészt továbbfejlesztett algoritmusokat vizsgál, valamint kutatja, hogy a kvantumszámítógépek hogyan és milyen célokra használhatók. Ezen kívül biztonságos kommunikációs és kriptográfiai protokollokat tervezünk, továbbá biztonságos és univerzális szoftverkomponensek fejlesztésén dolgozunk a kvantumkommunikációs infrastruktúrák (QCI) számára, a kvantumfenyegetés kezelésére. A kutatócsoport szorosan együttműködik a Programozási Nyelvek és Fordítóprogramok Tanszékkel, a Komputeralgebra Tanszékkel és a Természettudományi Karral.

Kutatási területek

▶ Kvantumszámítástechnika

• Fotonszámítástechnika: pl. boson sampling (BS)
• Kvantumkapu-dekompozíciók (DEC)
• Kvantumalgoritmusok és optimalizálási módszerek (OPT)
• Kvantumos gépi tanulás: gépi tanulás kvantumrendszerekhez és kvantumszámítógépeken (QML)
• Unitary designs (UD)
• Kvantumszámítógép-emuláció, számításgyorsító technológiák használata szimulációkhoz (EMU)
• Qubit-alapú programozási nyelv fejlesztése (Qubla)
• Hardverbiztonsági modulok kvantumfelhő-számításokhoz (MOD)
• Mesterséges intelligencia és szoftverdefiniált hálózatok (SDN) alkalmazása kvantumprojektekben

Kapcsolódó publikációk:

 ☞ Batched line search strategy for navigating through Barren plateaus in quantum circuit training
 ☞ Approaching the theoretical limit in quantum gate decomposition (DEC)
 ☞ Highly optimized quantum circuits synthesized via data-flow engines (OPT) 
 ☞ Prog-QAOA: Framework for resource-efficient quantum optimization through classical programs (OPT)
 ☞ Quantum-classical autoencoder architectures for end-to-end radio communication (QML)
 ☞ Hybrid quantum-classical reinforcement learning in latent observation spaces (QML)
 ☞ Hybrid quantum-classical autoencoders for end-to-end radio communication (QML)
 ☞ Problem-informed graphical quantum generative learning (QML)

▶ Kvantumkriptográfia és kvantumkommunikációs infrastruktúrák

• protokolltervezés (PT)
• kvantumkulcs-megosztás (QKD) szabványok
• biztonságos kvantumkommunikáció (BIZ)

▶ Poszt-kvantum kriptográfia

• izogénia-alapú sémák (IZO)
• kriptoanalízis (KR)

Módszertan

• Kvantumbites (qubit-alapú) és kvantummódusos (qumode-alapú) számításhoz használható programozási nyelvek tervezése.
• Fordítók, kódoptimalizálók, kapude-kompozitorok (SQUANDER), valamint szimulációs környezetek (Piquasso) fejlesztése kvantumszámításhoz.
• Szimulátorok teljesítményének javítása gyorsítóalapú háttérrendszerekkel (pl. FPGA).
• Kis léptékű fotonikus kvantumszámítógép létrehozása kísérleti célokra.
• Új kvantumbiztos kriptográfiai sémák fejlesztése.
• A meglévő poszt-kvantum kriptográfiai sémák sebezhetőségeinek elemzése.

Kutatócsoport tagjai

• Kozsik Tamás (kutatócsoport-vezető, MTMT, Tud-O-Méter)
• Zimborás Zoltán (ELTE TTK)
• Rakyta Péter (ELTE TTK)
• Kutas Péter
• Burcsi Péter
• Ligeti Péter
• Száva Antal
• Jóczik Szabolcs
• Kolarovszki Zoltán doktorjelölt
• Bakó Bence doktorandusz
• Kaposi Ágoston doktorandusz
• Gálfi Gergely doktorandusz
• Gregory Reynolds Morse doktorandusz
• Kégli Zoltán doktorandusz
• és sok diák

Projektek

• Kvantuminformatika Nemzeti Laboratórium
• Deploy Advanced Quantum Communication Infrastructure in Hungary (Digital Europe Programme)
• Machine Learning for Quantum (HORIZON-MSCA)
• Hardware Security Module for secure delegated Quantum Cloud Computing (QuantERA)
• MaCro: Mathematics for post-quantum cryptanalysis (CELSA)
• Herausforderungen in der Hardware-Implementirerung von Isogenie-basierten Protokollen

Kiemelt publikációk

• G. Morse, T. Rybotycki, Á. Kaposi, Z. Kolarovszki, U. Stojčić, T. Kozsik, O. Mencer, M. Oszmaniec, Z. Zimborás, P. Rakyta (2024): High performance boson sampling simulation via data-flow engines, New Journal of Physics [DOI]
• I. A. Seres, Z. Horváth, P. Burcsi (2023): The Legendre pseudorandom function as a multivariate quadratic cryptosystem: security and applications, Applicable Algebra in Engineering, Communication and Computing [DOI]
• Á. Kaposi, Z. Kolarovszki, A. Solymos, T. Kozsik, Z. Zimborás (2023): Constructing generalized unitary group designs, International Conference on Computational Science [DOI]
• Zs. I. Tabi, A. Marosits, Zs. Kallus, P. Vaderna, I. Gódor, Z. Zimborás (2021): Evaluation of quantum annealer performance via the massive MIMO problem, IEEE Access [DOI]
• L. De Feo, C. Delpech de Saint Guilhem, T. B. Fouotsa, P. Kutas, A. Leroux, C. Petit, J. Silva, B. Wesolowski (2021): Séta: Supersingular encryption from torsion attacks, International conference on the theory and application of cryptology and information security [DOI]
• Zs. Tabi, K. H. El-Safty, Z. Kallus, P. Hága, T. Kozsik, A. Glos, Z. Zimborás (2020): Quantum optimization for the graph coloring problem with space-efficient embedding, IEEE International Conference on Quantum Computing and Engineering [DOI]

Kapcsolat

Kozsik Tamás – tamas.kozsik@elte.hu