Los científicos de la Universidad de Cornell han creado un prototipo del dinero "cuántico" del futuro

Según la investigación de la International Banknote Community (IBNS), la libra esterlina y el dólar australiano son los más protegidos contra la falsificación. Al mismo tiempo, falsificar estos billetes con el nivel actual de tecnología es bastante realista. Mediante el uso de algoritmos de cifrado basados ​​en la codificación de estados cuánticos de fotones, los científicos de la Universidad de Cornell pudieron encontrar una forma de crear billetes, que son casi imposibles de falsificar. Más detalles sobre el dinero "cuántico" del futuro discutiremos en la publicación de hoy.



La idea de usar estados de polarización de fotones individuales al crear algoritmos de cifrado no es nueva. Tal método fue propuesto por primera vez en 1970 por el estudiante graduado Stephen Wiesner de la Universidad de Columbia y fue percibido como anti-científico. Solo 13 años después, se permitió que el trabajo de Wiesner se publicara en la revista SIGACT News y recibió el mayor elogio de la comunidad científica.

De acuerdo con la tecnología propuesta por Wiesner, 20 "trampas de luz" y un fotón polarizado en un cierto estado en cada uno deberían haberse incorporado en cada billete. A cada billete se le asignó su propio número de serie que codifica la información del filtro de fotones polarizadores. Cualquier intento de usar un filtro incorrecto borraría la combinación original de fotones polarizados, y se propuso guardar la secuencia única de filtros polarizadores: números de serie de billetes en el banco, lo que garantizaría la máxima protección de los billetes contra la falsificación.

En el lenguaje de las matemáticas, la probabilidad de copia exitosa no autorizada de tal factura no excede (5/6) ^ N, (donde N es el número de fotones en el billete). Al mismo tiempo, dado que técnicamente la autenticidad de un billete protegido por criptografía de fotones solo puede establecerse unilateralmente por el banco emisor que tiene acceso a la información sobre la polarización de los fotones, el uso de la tecnología propuesta por Wiesner se ha suspendido una vez más.

La solución al problema: el “dinero cuántico de código abierto” en 2009 fue propuesto por expertos del Instituto de Tecnología de Massachusetts. Según su idea, al emitir cada uno de estos billetes, el banco hace una descripción secreta del estado cuántico y un algoritmo para establecer la autenticidad de este estado. La totalidad de dicha información le permite determinar con precisión la autenticidad de la factura a la parte interesada, pero no le da a los posibles estafadores una respuesta a la pregunta clave: cómo se realizó la codificación.

El punto débil del concepto propuesto es la posibilidad de que los propios bancos emisores, que tienen información completa, pongan en funcionamiento la impresión de copias súper protegidas de notas. Para evitar esta limitación, los autores de la tecnología sugirieron usar un estado cuántico al codificar números de serie, que, en un tiempo razonable, es imposible de duplicar incluso para especialistas bancarios. Y es bastante posible establecer la autenticidad de tales notas utilizando un algoritmo basado en el modelo de Markov .


_{Billete de Stephen Wiesner, codificado de acuerdo con los principios de la criptografía cuántica. Foto: Wikimedia}

Casi medio siglo después del anuncio de los principios teóricos básicos por Stephen Wiesner, los físicos de la Universidad de Cornell lograron llevar el desarrollo a una etapa práctica y crear el primer prototipo del dinero "cuántico" del futuro. De acuerdo con el principio propuesto, al codificar el número de serie de cada factura protegida, se utilizará la capacidad de los bits cuánticos de estar en varios estados al mismo tiempo (0, 1 o | A | ^ 2 + | B | ^ 2 = 1). De acuerdo con el concepto de Wiesner, un número de serie único que identifica un billete prototipo se cifra con una secuencia de fotones polarizados en estados estrictamente definidos.

Los detalles de los estudios y las preimpresiones de los billetes de seguridad mejorados se presentan en una publicación en el sitio web de la Biblioteca de la Universidad de Cornell(Biblioteca de la Universidad de Cornell).


_{El prototipo del dinero cuántico. Foto: Biblioteca de la Universidad de Cornell}

Limitaciones del método y soluciones propuestas a los problemas

A pesar de las ventajas obvias de la protección criptográfica de fotones, los méritos de tales notas, o más precisamente, la sensibilidad del código de fotones a factores externos y el manejo incorrecto, lo que lleva a un ligero cambio en el tiempo, se convierte en una desventaja clave del método .

La búsqueda de formas de resolver el problema anterior llevó a un equipo conjunto de especialistas del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica en Garching (Alemania), la Universidad de Harvard en Cambridge (Massachusetts) y el Instituto de Tecnología de California en Pasadena a concluir que lo más apropiado en esta situación reduciría los requisitos para Verificación de billetes. Se propuso aceptar billetes de banco, cuya combinación de códigos corresponde al original en un 90% o más, y el error resultante se puede eliminar mediante la introducción de una nueva clase de verificación de protocolo, tolerante a la codificación, almacenamiento y decodificación de bits cuánticos. Los resultados de la investigación se publicaron en PNAS en 2012.

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Source: https://habr.com/ru/post/es393345/