Calculul cuantic. Capitol din lucrarea „Introducere în tehnologiile cuantice”, Nicolae Sfetcu, MultiMedia Publishing, 2026

Sfetcu, Nicolae . Calculul cuantic. Capitol din lucrarea „Introducere în tehnologiile cuantice”, Nicolae Sfetcu, MultiMedia Publishing, 2026., 2026 In: UNSPECIFIED, (ed.) Introducere în tehnologiile cuantice - Calculul cuantic, criptografia cuantică, filosofia tehnologiilor cuantice. MultiMedia Publishing, pp. 41-70. [Book chapter]

[thumbnail of Introducere _in_tehnologiile_cuantice-Previzualizare.pdf]
Preview
Text
Introducere _in_tehnologiile_cuantice-Previzualizare.pdf - Published version
Available under License Creative Commons Attribution.

Download (1MB) | Preview

English abstract

A synthesis and introductory work that articulates, in a unified framework, three major directions of “quantum technologies”: (i) quantum computing, (ii) quantum cryptography/communications, and (iii) philosophical reflection on the epistemic, ethical, and politico-institutional implications of the “second quantum revolution.” The volume is accompanied by complete bibliographic data. The book aims to provide an accessible yet rigorous introduction, intended especially for readers with a background in science and computer science, interested in the impact of quantum phenomena on information processing and security. At the heart of the approach is the idea that technological advantages (and risks) stem from fundamental properties such as superposition, inseparability, interference, uncertainty, and non-cloning, discussed as operational “resources” for computation, communication, and security. The structure is layered: it begins with an orientation section (“Quantum Technologies for Informatics and Security”), then goes deeper through two didactic-technical blocks (quantum computing; quantum cryptography) and ends with a philosophical module dedicated to conceptual and normative implications. The table of contents indicates a progression from the fundamentals (QIS and relevant quantum mechanics notions) to applications, limitations and governance (EU and Romania), followed by resources/bibliography. A distinctive element of the volume is the connection of the technical discussion to policies and strategies: both the EU Strategy “Quantum Europe Strategy: Quantum Europe in a Changing World” (European Commission, 2 July 2025), with an emphasis on the transition “from laboratory to factory and use”, and the National Strategy of Romania (2024–2029), oriented towards resources, industry and international positioning, including infrastructure, skills and security “by design”, are presented. By combining (a) a didactic path with exercises and solutions, (b) an applied synthesis for computer science and security, (c) a reference framework/bibliography, and (d) a philosophical-ethical reflection section, the book functions as an introductory manual, interdisciplinary orientation guide, and starting point for discussions on the governance of quantum technologies. In an academic presentation, the volume can be framed as an “interface” work between technical curricula (algorithms, protocols, hardware) and social responsibility issues (risks, dual use, education, and “ethical railings”).

Romanian abstract

O lucrare de sinteză și inițiere care articulează, într-un cadru unitar, trei direcții majore ale „tehnologiilor cuantice”: (i) calculul cuantic, (ii) criptografia/comunicațiile cuantice și (iii) reflecția filosofică asupra implicațiilor epistemice, etice și politico-instituționale ale „celei de-a doua revoluții cuantice”. Volumul este însoțit de date bibliografice complete. Cartea urmărește să ofere o introducere accesibilă, dar riguroasă, destinată în special cititorilor cu bază în știință și informatică, interesați de impactul fenomenelor cuantice asupra procesării informației și securității. În centrul demersului se află ideea că avantajele (și riscurile) tehnologice provin din proprietăți fundamentale precum superpoziția, inseparabilitatea, interferența, incertitudinea și non-clonarea, discutate ca „resurse” operaționale pentru calcul, comunicație și securitate. Structura este stratificată: începe cu o secțiune de orientare („Tehnologii cuantice pentru informatică și securitate”), apoi aprofundează prin două blocuri didactic-tehnice (calcul cuantic; criptografie cuantică) și se încheie cu un modul filosofic dedicat implicațiilor conceptuale și normative. Cuprinsul indică o progresie de la fundamente (QIS și noțiuni de mecanică cuantică relevante) către aplicații, limitări și guvernanță (UE și România), urmate de resurse/bibliografie. Un element distinctiv al volumului este conectarea discuției tehnice la politici și strategii: sunt prezentate atât Strategia UE „Quantum Europe Strategy: Quantum Europe in a Changing World” (Comisia Europeană, 2 iulie 2025), cu accent pe trecerea „de la laborator la fabrică și utilizare”, cât și Strategia națională a României (2024–2029), orientată spre resurse, industrie și poziționare internațională, inclusiv infrastructură, competențe și securitate „by design”. Prin combinarea (a) unui parcurs didactic cu exerciții și soluții, (b) a unei sinteze aplicate pentru informatică și securitate, (c) a unui cadru de referințe/bibliografie și (d) a unei secțiuni de reflecție filosofico-etică, cartea funcționează ca manual introductiv, ghid de orientare interdisciplinară și punct de plecare pentru discuții despre guvernanța tehnologiilor cuantice. Într-o prezentare academică, volumul poate fi încadrat drept o lucrare de „interfață” între curricula tehnică (algoritmi, protocoale, hardware) și problematica de responsabilitate socială (riscuri, utilizare duală, educație și „balustrade etice”).

Item type: Book chapter
Keywords: tehnologii cuantice, calcul cuantic, calculatoare cuantice, criptografia cuantică, filosofia tehnologiei, știința informațiilor cuantice, teoria informațiilor cuantice, qubit, porți cuantice, algoritmi cuantici, Shor, Grover, Deutsch–Jozsa, QKD, BB84, post-cuantic, etică tehnologică, rețele cuantice
Subjects: L. Information technology and library technology > LD. Computers.
Depositing user: Nicolae Sfetcu
Date deposited: 27 Feb 2026 10:57
Last modified: 27 Feb 2026 10:57
URI: http://hdl.handle.net/10760/47619

References

ANC. 2024. „Strategia Națională în Domeniul Tehnologiilor Cuantice 2024-2029 – Autoritatea Națională pentru Cercetare :: www.research.gov.ro”. https://www.research.gov.ro/programe-nationale/strategia-nationala-in-domeniul-tehnologiilor-cuantice-2024-2029-2/

Bennett, Charles H., și Gilles Brassard. 2014. „Quantum cryptography: Public key distribution and coin tossing”. Theoretical Computer Science 560 (decembrie): 7-11. https://doi.org/10.1016/j.tcs.2014.05.025

Birkl, G., S. Kassner, și H. Walther. 1992. „Multiple-Shell Structures of Laser-Cooled 24Mg+ Ions in a Quadrupole Storage Ring”. Nature 357 (6376): 310-13. https://doi.org/10.1038/357310a0

Blackbird. 2022. „Blackbird Quantum Assembly Language — Blackbird 0.6.0-dev documentation”. https://quantum-blackbird.readthedocs.io/en/latest

Bloch, Immanuel, Jean Dalibard, și Sylvain Nascimbène. 2012. „Quantum Simulations with Ultracold Quantum Gases”. Nature Physics 8 (4): 267-76. https://doi.org/10.1038/nphys2259

Bobier, Jean-François, Matt Langione, Cassia Naudet-Baulieu, Zheng Cui, și Eitoku Watanabe. 2024. „The Long-Term Forecast for Quantum Computing Still Looks Bright”. BCG Global, iulie 3. https://www.bcg.com/publications/2024/long-term-forecast-for-quantum-computing-still-looks-bright

Bub, Jeffrey. 2016. „Bananaworld”. În Bananaworld: Quantum Mechanics for Primates, ediție de Jeffrey Bub. Oxford University Press. https://doi.org/10.1093/acprof:oso/9780198718536.003.0003

Buchholz, Scott, și Beena Ammanath. 2022. „Quantum Computing May Create Ethical Risks for Businesses. It’s Time to Prepare”. Deloitte Insights. https://www.deloitte.com/us/en/insights/topics/risk-management/quantum-computing-ethics-risks.html

Busch, Paul. 2002. „The Time-Energy Uncertainty Relation”. În Time in Quantum Mechanics, ediție de J. G. Muga, R. Sala Mayato, și I. L. Egusquiza. Springer. https://doi.org/10.1007/3-540-45846-8_3

Bužek, V., și M. Hillery. 1996. „Quantum copying: Beyond the no-cloning theorem”. Physical Review A 54 (3): 1844-52. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.54.1844

Campbell, Joe C. 2007. „Recent Advances in Telecommunications Avalanche Photodiodes”. Journal of Lightwave Technology 25 (ianuarie): 109-21. https://doi.org/10.1109/JLT.2006.888481

Caves, Carlton M., Christopher A. Fuchs, și Rüdiger Schack. 2002. „Quantum probabilities as Bayesian probabilities”. Physical Review A 65 (2): 022305. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.65.022305

Childs, Andrew M., și Wim van Dam. 2010. „Quantum algorithms for algebraic problems”. Reviews of Modern Physics 82 (1): 1-52. https://doi.org/10.1103/RevModPhys.82.1

Cirac, J. I., și P. Zoller. 1995. „Quantum Computations with Cold Trapped Ions”. Physical Review Letters 74 (20): 4091-94. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.74.4091

Dam, Samudrapom. 2019. „What Is Quantum Cryptography?” AZoQuantum, iulie 10. https://www.azoquantum.com/Article.aspx?ArticleID=117

Dawson, C.M., și M.A. Nielsen. 2006. „The Solovay-Kitaev algorithm”. Quantum Information and Computation 6 (1): 81-95. https://doi.org/10.26421/QIC6.1-6

Degen, C. L., F. Reinhard, și P. Cappellaro. 2017. „Quantum sensing”. Reviews of Modern Physics 89 (3): 035002. https://doi.org/10.1103/RevModPhys.89.035002

Dowling, Jonathan P., și Gerard J. Milburn. 2003. „Quantum technology: the second quantum revolution”. Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences 361 (1809): 1655-74. https://doi.org/10.1098/rsta.2003.1227

Einstein, A., B. Podolsky, și N. Rosen. 1935. „Can Quantum-Mechanical Description of Physical Reality Be Considered Complete?” Physical Review 47 (10): 777-80. https://doi.org/10.1103/PhysRev.47.777

Ekert, Artur K. 1991. „Quantum cryptography based on Bell’s theorem”. Physical Review Letters 67 (6): 661-63. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.67.661

European Commission. 2025. „Quantum Europe Strategy | Shaping Europe’s Digital Future”. https://digital-strategy.ec.europa.eu/en/library/quantum-europe-strategy

European Quantum Flagship. 2020. „Strategic Research Agenda”. https://qt.eu/media/pdf/Strategic_Research-_Agenda_d_FINAL.pdf

Feenberg, Andrew. 2005. „Critical Theory of Technology: An Overview”. https://www.sfu.ca/~andrewf/books/critbio.pdf

Feynman, Richard P. 1982. „Simulating Physics with Computers”. International Journal of Theoretical Physics 21 (6): 467-88. https://doi.org/10.1007/BF02650179

Folland, Gerald B., și Alladi Sitaram. 1997. „The Uncertainty Principle: A Mathematical Survey”. Journal of Fourier Analysis and Applications 3 (3): 207-38. https://doi.org/10.1007/BF02649110

Gisin, Nicolas, Grégoire Ribordy, Wolfgang Tittel, și Hugo Zbinden. 2002a. „Quantum cryptography”. Reviews of Modern Physics 74 (1): 145-95. https://doi.org/10.1103/RevModPhys.74.145

Gisin, Nicolas, Grégoire Ribordy, Wolfgang Tittel, și Hugo Zbinden. 2002b. „Quantum cryptography”. Reviews of Modern Physics 74 (1): 145-95. https://doi.org/10.1103/RevModPhys.74.145

Green, Alexander S., Peter LeFanu Lumsdaine, Neil J. Ross, Peter Selinger, și Benoît Valiron. 2013. An Introduction to Quantum Programming in Quipper. Vol. 7948. https://doi.org/10.1007/978-3-642-38986-3_10

Häner, Thomas, Damian S. Steiger, Krysta Svore, și Matthias Troyer. 2018. „A Software Methodology for Compiling Quantum Programs”. Quantum Science and Technology 3 (2): 020501. https://doi.org/10.1088/2058-9565/aaa5cc

Hardy, Lucien. 2002. „Why Quantum Theory?” În Non-Locality and Modality, ediție de Tomasz Placek și Jeremy Butterfield. Springer Netherlands. https://doi.org/10.1007/978-94-010-0385-8_4

Harrow, Aram W., Avinatan Hassidim, și Seth Lloyd. 2009. „Quantum Algorithm for Linear Systems of Equations”. Physical Review Letters 103 (15): 150502. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.103.150502

Heidegger, Martin. 1977. „The Question Concerning Technology”. https://www2.hawaii.edu/~freeman/courses/phil394/The%20Question%20Concerning%20Technology.pdf

Huang, Dazu, Zhigang Chen, Ying Guo, și Moon Ho Lee. 2007. „Quantum Secure Direct Communication Based on Chaos with Authentication”. Journal of the Physical Society of Japan 76 (12): 124001 https://doi.org/10.1143/JPSJ.76.124001

IBM. 2025. „Introduction to OpenQASM”. IBM Quantum Documentation. https://quantum.cloud.ibm.com/docs/en/guides/quantum.cloud.ibm.com/docs/en/guides/introduction-to-qasm

Ihde, Don. 1990. „Technology and the Lifeworld”. Indiana University Press. https://iupress.org/9780253205605/technology-and-the-lifeworld

Johnson, T. H., S. R. Clark, și D. Jaksch. 2014. „What is a quantum simulator?” Preprint, mai 12. https://doi.org/10.1186/epjqt10

Kennard, E. H. 1927. „Zur Quantenmechanik einfacher Bewegungstypen”. Zeitschrift für Physik 44 (4): 326-52. https://doi.org/10.1007/BF01391200

Kent, Adrian, William J. Munro, și Timothy P. Spiller. 2011. „Quantum tagging: Authenticating location via quantum information and relativistic signaling constraints”. Physical Review A 84 (1): 012326. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.84.012326

Khammassi, N., G. G. Guerreschi, I. Ashraf, J. W. Hogaboam, C. G. Almudever, și K. Bertels. 2018. „cQASM v1.0: Towards a Common Quantum Assembly Language”. arXiv:1805.09607. Versiunea 1. Preprint, arXiv, mai 24. https://doi.org/10.48550/arXiv.1805.09607

Kimble, H. J. 2008. „The Quantum Internet”. Nature 453 (7198): 1023-30. https://doi.org/10.1038/nature07127

Konig, Robert, Stephanie Wehner, și Jürg Wullschleger. 2012. „Unconditional Security From Noisy Quantum Storage”. IEEE Transactions on Information Theory 58 (3): 1962-84. https://doi.org/10.1109/TIT.2011.2177772

Lee, Jane, și Jane Lee. 2022. „IBM Launches Its Most Powerful Quantum Computer with 433 Qubits”. Technology. Reuters, noiembrie 9. https://www.reuters.com/technology/ibm-launches-its-most-powerful-quantum-computer-with-433-qubits-2022-11-09/

Li, Dong, Bryan T. Gard, Yang Gao, et al. 2016. „Phase sensitivity at the Heisenberg limit in an SU(1,1) interferometer via parity detection”. Physical Review A 94 (6): 063840. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.94.063840

Lloyd, Seth. 1996. „Universal Quantum Simulators | Science”. https://www.science.org/doi/10.1126/science.273.5278.1073

Luis, Alfredo. 2017. „Breaking the weak Heisenberg limit”. Physical Review A 95 (3): 032113. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.95.032113

Lund, Brady D., Sakib Shahriar, Brady D. Lund, și Sakib Shahriar. 2025. „Quantum Computing: A Concise Introduction”. Encyclopedia 5 (4). https://doi.org/10.3390/encyclopedia5040173

Main, D., P. Drmota, D. P. Nadlinger, et al. 2025. „Distributed Quantum Computing across an Optical Network Link”. Nature 638 (8050): 383-88. https://doi.org/10.1038/s41586-024-08404-x

Microsoft. 2023. „Introduction to the Quantum Programming Language Q# - Azure Quantum”. https://learn.microsoft.com/en-us/azure/quantum/qsharp-overview

Moll, Nikolaj, Panagiotis Barkoutsos, Lev S Bishop, et al. 2018. „Quantum Optimization Using Variational Algorithms on Near-Term Quantum Devices”. Quantum Science and Technology 3 (3): 030503. https://doi.org/10.1088/2058-9565/aab822

Monroe, C., W. C. Campbell, L.-M. Duan, et al. 2021. „Programmable Quantum Simulations of Spin Systems with Trapped Ions”. Reviews of Modern Physics 93 (2): 025001. https://doi.org/10.1103/RevModPhys.93.025001

Nielsen, Michael A., și Isaac L. Chuang. 2010. „Quantum Computation and Quantum Information: 10th Anniversary Edition”. Cambridge Aspire Website, Cambridge University Press, decembrie 9. https://doi.org/10.1017/CBO9780511976667

OpenQASM. 2025. „OpenQASM · GitHub”. https://github.com/openqasm

Paraoanu, G. S. 2014. „Recent progress in quantum simulation using superconducting circuits”. Journal of Low Temperature Physics 175 (5-6): 633-54. https://doi.org/10.1007/s10909-014-1175-8

Pezzè, Luca, Augusto Smerzi, Markus K. Oberthaler, Roman Schmied, și Philipp Treutlein. 2018. „Quantum metrology with nonclassical states of atomic ensembles”. Reviews of Modern Physics 90 (3): 035005. https://doi.org/10.1103/RevModPhys.90.035005

Pirandola, S., U. L. Andersen, L. Banchi, et al. 2020. „Advances in Quantum Cryptography”. Advances in Optics and Photonics 12 (4): 1012-236. https://doi.org/10.1364/AOP.361502

Pirandola, Stefano, Bhaskar Roy Bardhan, Tobias Gehring, Christian Weedbrook, și Seth Lloyd. 2018. „Advances in Photonic Quantum Sensing”. Nature Photonics 12 (12): 724-33. https://doi.org/10.1038/s41566-018-0301-6

Possati, Luca M. 2023. „Ethics of Quantum Computing: An Outline”. Philosophy & Technology 36 (3): 48. https://doi.org/10.1007/s13347-023-00651-6

Preskill, John. 2018. „Quantum Computing in the NISQ Era and Beyond”. Quantum 2 (august): 79. https://doi.org/10.22331/q-2018-08-06-79

Renner, Renato, și Ramona Wolf. 2023. „Quantum Advantage in Cryptography”. AIAA Journal 61 (5): 1895-910. https://doi.org/10.2514/1.J062267

Rep. Smith, Lamar [R-TX-21. 2018. „Text - H.R.6227 - 115th Congress (2017-2018): National Quantum Initiative Act”. Legislation. decembrie 21. 2018-06-26. https://www.congress.gov/bill/115th-congress/house-bill/6227/text

Ritter, Stephan, Christian Nölleke, Carolin Hahn, et al. 2012. „An Elementary Quantum Network of Single Atoms in Optical Cavities”. Nature 484 (7393): 195-200. https://doi.org/10.1038/nature11023

Sangouard, Nicolas, Christoph Simon, Hugues de Riedmatten, și Nicolas Gisin. 2011. „Quantum repeaters based on atomic ensembles and linear optics”. Reviews of Modern Physics 83 (1): 33-80. https://doi.org/10.1103/RevModPhys.83.33

Sasaki, Masahide. 2017. „Quantum Networks: Where Should We Be Heading?” Quantum Science and Technology 2 (2): 020501. https://doi.org/10.1088/2058-9565/aa6994

Scarani, Valerio, Helle Bechmann-Pasquinucci, Nicolas J. Cerf, Miloslav Dušek, Norbert Lütkenhaus, și Momtchil Peev. 2009. „The security of practical quantum key distribution”. Reviews of Modern Physics 81 (3): 1301-50. https://doi.org/10.1103/RevModPhys.81.1301

Schlosshauer, Maximilian. 2019. „Quantum decoherence”. Physics Reports, Quantum decoherence, vol. 831 (octombrie): 1-57. https://doi.org/10.1016/j.physrep.2019.10.001

Schneider, John, și Ian Smalley. 2025. „What Is Quantum Computing? | IBM”. iunie 10. https://www.ibm.com/think/topics/quantum-computing.

Schrödinger, E. 1935. „Discussion of Probability Relations between Separated Systems”. Mathematical Proceedings of the Cambridge Philosophical Society 31 (4): 555-63. https://doi.org/10.1017/S0305004100013554

Shor, Peter W. 1999. „Polynomial-Time Algorithms for Prime Factorization and Discrete Logarithms on a Quantum Computer”. SIAM Review 41 (2): 303-32. https://doi.org/10.1137/S0036144598347011

Smith, Robert S., Michael J. Curtis, și William J. Zeng. 2017. „A Practical Quantum Instruction Set Architecture”. arXiv:1608.03355. Preprint, arXiv, februarie 17. https://doi.org/10.48550/arXiv.1608.03355

Soller, Henning. 2025. „Quantum Technology Monitor 2025 | McKinsey”. https://www.mckinsey.com/capabilities/tech-and-ai/our-insights/the-year-of-quantum-from-concept-to-reality-in-2025

Stray, Ben, Andrew Lamb, Aisha Kaushik, et al. 2022. „Quantum Sensing for Gravity Cartography”. Nature 602 (7898): 590-94. https://doi.org/10.1038/s41586-021-04315-3

Takeoka, Masahiro, Saikat Guha, și Mark M. Wilde. 2014. „Fundamental Rate-Loss Tradeoff for Optical Quantum Key Distribution”. Nature Communications 5 (1): 5235. https://doi.org/10.1038/ncomms6235

Timpson, Chris. 2013. „THE PHILOSOPHY OF QUANTUM INFORMATION”. https://users.ox.ac.uk/~bras2317/The%20Philosophy%20of%20Quantum%20Information.pdf

Viola, Lorenza, și Seth Lloyd. 1998. „Dynamical suppression of decoherence in two-state quantum systems”. Physical Review A 58 (4): 2733-44. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.58.2733

Watrous, John. 2018. The Theory of Quantum Information. Cambridge University Press.

Williams, Colin P., și Scott H. Clearwater. 1998. Explorations in Quantum Computing. TELOS.

Winner, Langdon. 1980. „Do Artefacts Have Politics?” https://faculty.cc.gatech.edu/~beki/cs4001/Winner.pdf

Wootters, W. K., și W. H. Zurek. 1982. „A Single Quantum Cannot Be Cloned”. Nature 299 (5886): 802-3. https://doi.org/10.1038/299802a0

Yin, Juan, Yuan Cao, Hai-Lin Yong, et al. 2013. „Lower Bound on the Speed of Nonlocal Correlations without Locality and Measurement Choice Loopholes”. Physical Review Letters 110 (26): 260407. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.110.260407

Yu, Haocun, L. McCuller, M. Tse, et al. 2020. „Quantum correlations between the light and kilogram-mass mirrors of LIGO”. Nature 583 (7814): 43-47. https://doi.org/10.1038/s41586-020-2420-8

Zeilinger, Anton. 1999. „Experiment and the foundations of quantum physics”. Reviews of Modern Physics 71 (2): S288-97. https://doi.org/10.1103/RevModPhys.71.S288

Zurek, Wojciech Hubert. 2003. „Decoherence, einselection, and the quantum origins of the classical”. Reviews of Modern Physics 75 (3): 715-75. https://doi.org/10.1103/RevModPhys.75.715


Downloads

Downloads per month over past year

Actions (login required)

View Item View Item