Des scientifiques de l'Université Cornell ont créé un prototype de l'argent "quantique" du futur

Selon les recherches de l'International Banknote Community (IBNS), la livre sterling et le dollar australien sont reconnus comme les plus protégés contre la falsification. Dans le même temps, simuler ces billets avec le niveau de technologie actuel est assez réaliste. En utilisant des algorithmes de cryptage basés sur le codage des états quantiques des photons, les scientifiques de l'Université Cornell ont pu trouver un moyen de créer des billets de banque, qui sont presque impossibles à contrefaire. Plus de détails sur l'argent «quantique» de l'avenir, nous en discuterons dans la publication d'aujourd'hui.



L'idée d'utiliser des états de polarisation de photons uniques lors de la création d'algorithmes de chiffrement n'est pas nouvelle. Pour la première fois, une telle méthode a été proposée en 1970 par l'étudiant diplômé de l'Université Columbia, Stephen Wiesner, et a été perçue comme non scientifique. Seulement 13 ans plus tard, le travail de Wiesner a été autorisé à être publié dans le magazine SIGACT News et a reçu les plus grands éloges de la communauté scientifique.

Selon la technologie proposée par Wiesner, 20 «pièges lumineux» et un photon polarisé dans un certain état dans chacun auraient dû être intégrés dans chaque billet de banque. Chaque billet de banque a reçu son propre numéro de série codant les informations du filtre photonique polarisant. Toute tentative d'utilisation d'un filtre incorrect effacerait la combinaison originale de photons polarisés, et il a été proposé de sauvegarder la séquence unique de filtres polarisants - les numéros de série des billets dans la banque, ce qui garantirait une protection maximale des billets contre la contrefaçon.

Dans le langage des mathématiques, la probabilité de réussite d'une copie non autorisée d'un tel projet de loi ne dépasse pas (5/6) ^ N, (où N est le nombre de photons sur le billet de banque). Dans le même temps, étant donné que techniquement l'authenticité d'un billet protégé par cryptographie photonique ne peut être établie que unilatéralement par la banque émettrice ayant accès aux informations sur la polarisation des photons, l'utilisation de la technologie proposée par Wiesner a de nouveau été suspendue.

La solution au problème - «l'argent quantique open source» en 2009 a été proposée par des experts du Massachusetts Institute of Technology. Selon leur idée, en émettant chacun de ces billets, la banque compose une description secrète de l'état quantique et un algorithme pour établir l'authenticité de cet état. L'ensemble de ces informations vous permet de déterminer avec précision l'authenticité de la facture pour l'intéressé, mais ne donne pas aux fraudeurs potentiels une réponse à la question clé: comment l'encodage lui-même a été effectué.

Le point faible du concept proposé est la possibilité pour les banques émettrices elles-mêmes, qui disposent d'informations complètes, de mettre en production l'impression de copies super-protégées des billets. Afin de contourner cette limitation, les auteurs de la technologie ont suggéré d'utiliser un état quantique lors du codage des numéros de série, qui, dans un délai raisonnable, est impossible à reproduire même pour les spécialistes des banques. Et il est tout à fait possible d'établir l'authenticité de telles notes à l'aide d'un algorithme basé sur le modèle de Markov .


_{Billet de Stephen Wiesner, encodé conformément aux principes de la cryptographie quantique. Photo: Wikimedia}

Près d'un demi-siècle après l'annonce des principes théoriques de base par Stephen Wiesner, les physiciens de l'Université Cornell ont réussi à amener le développement à un stade pratique et à créer le premier prototype de la monnaie "quantique" de l'avenir. Conformément au principe proposé, lors du codage du numéro de série de chaque facture protégée, la capacité des bits quantiques à se trouver dans plusieurs états en même temps (0, 1 ou | A | ^ 2 + | B | ^ 2 = 1) sera utilisée. Conformément au concept de Wiesner, un numéro de série unique identifiant un prototype de billet de banque est crypté avec une séquence de photons polarisés dans des états strictement définis.

Les détails des études et des prépublications de billets à sécurité renforcée sont présentés dans une publication sur le site Web de la bibliothèque de l'Université Cornell(Bibliothèque de l'Université Cornell).


_{Le prototype de l'argent quantique. Photo: Cornell University Library}

Limites de la méthode et solutions proposées aux problèmes

Malgré les avantages évidents de la protection cryptographique des photons, le bien-fondé de ces notes, ou plus précisément, la sensibilité du code photonique aux facteurs externes et à une manipulation incorrecte, conduisant à un léger changement dans le temps, devient un inconvénient majeur de la méthode .

La recherche de moyens de résoudre le problème ci-dessus a conduit une équipe conjointe de spécialistes de l'Institut Max Planck pour l'optique quantique à Garching (Allemagne), de l'Université Harvard à Cambridge (Massachusetts) et du California Institute of Technology à Pasadena à conclure que le plus approprié dans cette situation réduirait les exigences pour Vérification des billets. Il a été proposé d'accepter les billets de banque, dont la combinaison de codes correspond à celle d'origine de 90% et plus, et l'erreur résultante peut être éliminée en introduisant une nouvelle classe de vérification de protocole, tolérante au codage, au stockage et au décodage des bits quantiques. Les résultats de la recherche ont été publiés dans PNAS en 2012.

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Source: https://habr.com/ru/post/fr393345/