Barbu, Alida Monica Doriana (2025), Inteligența artificială și tehnologiile cuantice., IT & C, 4:4, 50-54, https://www.internetmobile.ro/inteligenta-artificiala-si-tehnologiile-cuantice/

 

Artificial Intelligence and Quantum Technologies

Abstract

Quantum artificial intelligence involves the use of quantum computing for machine learning algorithms. Due to the computational advantages of quantum computing, quantum AI can achieve results that are impossible for classical computers.

Keywords: artificial intelligence, quantum technologies, quantum artificial intelligence, quantum computing, quantum threats, quantum cryptography, quantum algorithms

Rezumat

Inteligența artificială cuantică presupune utilizarea calculului cuantic pentru algoritmii de învățare automată. Datorită avantajelor computaționale ale calculului cuantic, IA cuantică poate obține rezultate imposibile pentru computerele clasice.

Cuvinte cheie: inteligența artificială, tehnologiile cuantice, inteligența artificială cuantică, calculul cuantic, amenințări cuantice, criptografia cuantică, algoritmi cuantici

 

IT & C, Volumul 4, Numărul 4, Decembrie 2025, pp. 50-54
ISSN 2821 – 8469, ISSN – L 2821 – 8469
URL: https://www.internetmobile.ro/inteligenta-artificiala-si-tehnologiile-cuantice/
© 2025 Alida Monica Doriana BARBU. Responsabilitatea conținutului, interpretărilor și opiniilor exprimate revine exclusiv autorilor.

 

Inteligența artificială și tehnologiile cuantice

Alida Monica Doriana BARBU[1]
alida.barbu7@gmail.com

[1] Absolventă a Universității Naționale de Apărare „Carol I”, București, Facultatea de Securitate și Apărare, Master „Managementul crizelor și prevenirea conflictelor”, promoția 2020-2022.

 

Ce este AI cuantică?

Inteligența artificială cuantică presupune utilizarea calculului cuantic pentru algoritmii de învățare automată. Datorită avantajelor computaționale ale calculului cuantic, IA cuantică poate obține rezultate imposibile pentru computerele clasice.

Ce este calculul cuantic?

Calculul cuantic a fost atribuit fie lui Paul Benioff în anii 1980 pentru modelul mașinii Turing, fie lui Richard Feynman pentru postularea problemelor pe care computerele clasice nu le vor putea rezolva în viitor. Prima publicație despre un dispozitiv de calcul bazat pe mecanica cuantică i-a aparținut lui Alexander Holevo în 1973. Algoritmul Deutsch-Josza și algoritmul lui Simon au fost premergători creării de către Dr. Peter Shor a unuia dintre cei mai recunoscuți algoritmi cuantici în 1994 pentru factorizarea numerelor întregi, ce deținea potențialul de a decripta unul dintre cele mai utilizate criptosisteme pentru transferul securizat de date, criptarea de securitate Rivest-Shamir-Adleman. La debutul anilor 2000, odată cu progresele din fizica modernă, algoritmi noi bazați pe măsurare sau algoritmii topologic-cuantici, au dus la o dezvoltare exponențială în domeniul calculului cuantic. Computerele cuantice au început să fie construite de către organizații precum Google, IBM Microsoft și Rigetti începând cu anul 2021.

Care sunt proprietățile calculului cuantic și cum funcționează?

La intersecția dintre fizica cuantică și informatică, calculul cuantic este un domeniu în plin elan al științei, ce efectuează calcule complexe, prin exploatarea fenomenelor cuantice ale suprapunerii și încrucișării cuantice.  Calculatoarele cuantice utilizează sisteme cuantice cu două stări, denumite qubiți, ca unitate fundamentală de informație, spre deosebire de calculatoarele tradiționale care operau cu biți. Orientarea polarizării unui foton, fie orizontal, fie vertical, și direcția spinului, în jos, sau în sus a unui electron, constituie exemple de qubiți. Qubiții pot exista ca 0, 1 sau în orice proporție dintre ambele, în timp ce biții sunt binari și trebuie să aibă o stare de 0 sau 1. Această combinație de stări se numește suprapunere. Întrucât pot exista simultan în combinații de stări, qubiții pot stoca mult mai multe informații decât biții tradiționali. Cu toate acestea, odată ce un qubit este măsurat, acesta rămâne într-o singură stare.

Utilizarea porților cuantice în locul porților logice constituie o altă abatere de la calculul clasic la calculatoarele cuantice. Porțile cuantice „încurcă” qubiții. Starea unui membru al qubitului reacţionează instantaneu când observă starea celuilalt membru al perechii, stare care poate fi dedusă oricât de departe s-ar afla qubiții, inclusiv la miliarde de ani-lumină, Acest fenomen pe care Albert Einstein l-a numit „acțiune înfricoșătoare la distanță” este cunoscut sub numele de entanglement cuantic. Suprapunerea, încrucișarea cuantică și mecanica cuantică se nasc la confluența dintre informatică, fizică, medicină, domeniul militar, etc. Suprapunerea și încrucișarea cuantică presupun că putem stoca în același număr de qubiți exponențial mai multe informații și putem accesa mult mai eficient decât în circuitele tradiționale acele informații stocate.

Aplicații ale calculului cuantic

Pe măsură ce trecerea de la biți la qubiți anunță o nouă eră în calcul, oamenii de știință continuă să se confrunte cu provocările științifice și de inginerie asociate calculului cuantic, Numeroase companii mari, precum IBM, Google, Amazon și Microsoft, pe lângă câteva start-up-uri, au început să dezvolte aplicații commerciale. Abordarea provocărilor combinatorii prin calculul cuantic a demonstrat valoarea pe care o deține calculul cuantic în sectorul financiar prin optimizarea prețurilor derivatelor și a evaluării riscurilor. Identificarea defecțiunilor în sisteme poate reduce probabilitatea unor defecțiuni viitoare, reprezentând economii enorme.Un domeniu impactat puternic de calculul cuantic este securitatea cibernetică. Întrucât algoritmii cuantici pot fi aplicați la multe calcule criptografice, algoritmii moderni de criptare sunt reduși la probleme polinomiale de la complexități exponențiale, economisind timp și bani. În 2018, Guvernul SUA a adoptat Actul de Inițiativă Cuantică pentru a a se alătura cursei de calcul cuantic.

Asistența medicală reprezintă un domeniu ce promite pentru aplicațiile de calcul cuantic prin capacitatea de a simula sisteme moleculare. În 2019, computerul cuantic al Google a simulat izomerizarea diazenului, o moleculă formată din doi atomi de azot și doi de hidrogen, demonstrând că simularea structurilor de ordin superior, realizată cu costuri exorbitante pe computerele clasice cu aplicații în cercetarea biochimică, este realizabilă cu costuri reduse prin calculul cuantic. Un computer cuantic ar putea să simuleze întreaga funcționare a unei celule, a unui țesut, a unui organ sau sistem de organe, toate bazate pe variații ale acelei celule originale simulate.

Aplicarea calculului cuantic în cercetarea farmaceutică permite oamenilor de știință să maximizeze eficacitatea și să reducă la minimum costurile. În 2015, în timpul focarului de Ebola, Atomwise, o companie care utilizează supercomputere pentru a descoperi noi medicamente dintr-o bază de date de structuri moleculare, a identificat cu succes două formule pentru a trata virusul în mai puțin de o zi. Furnizorii de asistență medicală vor putea realiza managementul preventiv al pacienţilor prin interpretarea unor cantități mari de date despre ei, îmbunătățirea preciziei și interpretarea imaginilor, ghidarea radioterapiei și țintirea celulelor maligne în tratamentul cancerului, încorporarea calculului cuantic în dispozitivele implantabile și protetice. Dispozitivele neuronale activate cuantic, dezvoltate de Grupul BrainGate, sunt utilizate pentru a stabili o interfață creier-calculator care înregistrează și decodifică semnalul creierului pentru planificarea motorie și mișcarea membrelor protetice sau robotizate, ideale pentru pacienții ce au suferit paralizii sau accidente vasculare cerebrale.

Aplicațiile potențiale ale tehnologiei cuantice în armată, precum calculul cuantic, detectarea și comunicarea vor juca un rol important în viitorul apărării. Senzorii cuantici oferă armatelor un avantaj semnificativ, putând detecta locația lansării unei rachete inamice, crea hărți detaliate ale teritoriului inamic, identifica semnătura unei arme nucleare.

Amenințările cuantice reprezentate de calculul cuantic

Computerele cuantice au potențialul de a revoluționa o multitudine de industrii, dar reversul medaliei îl constituie amenințarea pentru protocoalele de securitate actuale. Calculul cuantic efectuează mai multe calcule simultan rapid și eficient, însă dezavantajul e că poate trece prin metodele tradiționale de criptare. Schemele actuale de criptare cu chei publice se bazează pe dificultatea factorizării numerelor mari, însă un computer cuantic ar putea factoriza aceste numere eficient, permițând unui atacator să decripteze date sensibile. Criptografia cuantică bazată pe legile fizicii poate preveni interceptarea.

O altă amenințare este folosirea algoritmilor post-cuantici, proiectati pentru a fi rezistenti la atacurile cuantice. Distribuția cheilor cuantice utilizează proprietățile mecanicii cuantice pentru a transmite cheile în siguranță. Criptografia bazată pe zăbrele este rezistentă la atacurile computerelor cuantice. Sectoarele militare și de apărare investesc masiv în criptografia post-cuantică, un domeniu important de securitate în următorii ani.

Criptografia cuantică vs. algoritmi cuantici

Două subdomenii ale calculului cuantic, criptografia cuantică și algoritmii cuantici, au potențialul de a revoluționa modul în care funcționează organizațiile militare și de apărare.

Criptografia cuantică sau distribuția cheilor cuantice (QKD), este o metodă de comunicare sigură care utilizează mecanica cuantică pentru a face schimb de chei între două părți. Cheia, care este un șir de cifre binare, poate codifica și decoda mesajele.

Algoritmii cuantici sunt algoritmi care profită de proprietățile unice ale computerelor cuantice pentru a rezolva probleme mai rapid decât computerele clasice. Algoritmii cuantici ar putea rezolva planificarea rutelor sau alocarea resurselor, îmbunătăți capacitățile de simulare, oferind predicții mai precise pentru evenimentele viitoare. Criptografia cuantică ar putea transmite în siguranță informații clasificate între două părți.

Programe naționale din SUA pentru inovarea în tehnologie cuantică

National Quantum Initiative (NQI), înființată de Congres în 2018, are în vedere extinderea gradului de conștientizare a științei și tehnologiei cuantice și sprijinirea dezvoltării unei forțe de muncă cuantice naționale. Programul Quantum Leap Challenge Institutes (QLI) al Fundației Naționale de Știință și Centrele de Cercetare în Știința Informației Cuantice ale Departamentului Energiei (QISRC) poziționează SUA printre liderii globali în inovarea în tehnologie cuantică.

Oportunități de tehnologie cuantică

Un raport recent al National Quantum Initiative Program (NQI) a identificat trei domenii cheie în care cercetarea tehnologiei cuantice ar putea avea un impact semnificativ asupra securității naționale a SUA : avertizare și detectare timpurie de către senzorii cuantici a semnalelor extrem de slabe de la obiecte îndepărtate, precum rachete, avioane, etc. ; în domeniul comunicațiilor militare, criptarea cuantică ar proteja informațiile sensibile împotriva interceptării ; rezolvarea problemelor complexe din logistică, planificare și analiza imaginilor prin calculul cuantic ar aduce un avantaj față de utilizarea computerelor clasice.

Viitorul tehnologiei cuantice

Calculatoarele cuantice au potențialul de a revoluționa procesarea și analiza datelor, precum și de a oferi noi perspective asupra problemelor complexe. Cu toate acestea, calculatoarele cuantice actuale sunt extrem de sensibile la schimbările din mediul lor, necesitând izolarea de orice zgomot extern sau interferență. Dezvoltarea algoritmilor necesită ani de cercetare și dezvoltare, însă guvernele, companiile, organizațiile militare și de apărare investesc masiv în explorarea potențialului calculului cuantic.