Os cientistas da Universidade de Cornell criaram um protótipo do dinheiro "quântico" do futuro

Segundo a pesquisa da International Banknote Community (IBNS), a libra esterlina e o dólar australiano são reconhecidos como os mais protegidos contra falsificação. Ao mesmo tempo, falsificar essas notas com o atual nível de tecnologia é bastante realista. Usando algoritmos de criptografia baseados na codificação de estados quânticos de fótons, os cientistas da Universidade de Cornell conseguiram encontrar uma maneira de criar notas de banco, quase impossíveis de falsificar. Mais detalhes sobre o dinheiro "quântico" do futuro que discutiremos na publicação de hoje.



A idéia de usar estados de polarização de fótons únicos ao criar algoritmos de criptografia não é nova. Esse método foi proposto pela primeira vez em 1970 pelo estudante de graduação da Universidade Columbia, Stephen Wiesner, e foi percebido como anti-científico. Apenas 13 anos depois, o trabalho de Wiesner pôde ser publicado na revista SIGACT News e recebeu o maior elogio da comunidade científica.

De acordo com a tecnologia proposta por Wiesner, 20 "armadilhas de luz" e um fóton polarizado em um determinado estado de cada um deveriam ter sido incorporados a cada nota de banco. Cada nota de banco recebeu seu próprio número de série, codificando as informações do filtro de fótons polarizadores. Qualquer tentativa de usar um filtro incorreto apagaria a combinação original de fótons polarizados, e foi proposto salvar a sequência única de filtros polarizadores - número de série de notas no banco, o que garantiria a máxima proteção das notas contra a falsificação.

Na linguagem da matemática, a probabilidade de uma cópia não autorizada com êxito de tal nota não excede (5/6) ^ N ((onde N é o número de fótons na nota). Ao mesmo tempo, como tecnicamente a autenticidade de uma nota protegida por criptografia de fótons só pode ser estabelecida unilateralmente pelo banco emissor que tem acesso a informações sobre a polarização dos fótons, o uso da tecnologia proposta por Wiesner foi novamente suspensa.

A solução para o problema - “dinheiro quântico de código aberto” em 2009 foi proposta por especialistas do Instituto de Tecnologia de Massachusetts. De acordo com sua idéia, emitindo cada uma dessas notas, o banco compõe uma descrição secreta do estado quântico e um algoritmo para estabelecer a autenticidade desse estado. A totalidade dessas informações permite determinar com precisão a autenticidade da fatura para a parte interessada, mas não fornece aos possíveis fraudadores uma resposta para a pergunta principal: como a codificação foi realizada.

O ponto fraco do conceito proposto é a possibilidade de os próprios bancos emissores, que possuem informações completas, colocarem em circulação a impressão de cópias superprotegidas de notas. Para contornar essa limitação, os autores da tecnologia sugeriram o uso de um estado quântico ao codificar números de série que, em um tempo razoável, não podem ser duplicados nem mesmo por especialistas em bancos. E é bem possível estabelecer a autenticidade de tais notas usando um algoritmo baseado no modelo de Markov .


_{Nota de Stephen Wiesner, codificada de acordo com os princípios da criptografia quântica. Foto: Wikimedia}

Quase meio século após o anúncio dos princípios teóricos básicos por Stephen Wiesner, os físicos da Universidade Cornell conseguiram levar o desenvolvimento a um estágio prático e criar o primeiro protótipo do dinheiro "quântico" do futuro. De acordo com o princípio proposto, ao codificar o número de série de cada nota protegida, será usada a capacidade dos bits quânticos estarem em vários estados ao mesmo tempo (0, 1 ou | A | ^ 2 + | B | ^ 2 = 1). De acordo com o conceito de Wiesner, um número de série único que identifica uma nota de protótipo é criptografado com uma sequência de fótons polarizados em estados estritamente definidos.

Detalhes de estudos e pré-impressões de notas de segurança aprimorada são apresentados em uma publicação no site da Biblioteca da Universidade de Cornell(Biblioteca da Universidade de Cornell).


_{O protótipo do dinheiro quântico. Foto: Biblioteca da Universidade de Cornell}

Limitações do método e soluções propostas para os problemas

Apesar das vantagens óbvias da proteção criptográfica dos fótons, o mérito dessas notas, ou mais precisamente, a sensibilidade do código do fóton a fatores externos e manuseio incorreto, levando a uma ligeira mudança ao longo do tempo, torna-se uma desvantagem importante do método .

A busca de maneiras de resolver o problema acima levou uma equipe conjunta de especialistas do Instituto Max Planck de Ótica Quântica em Garching (Alemanha), Universidade Harvard em Cambridge (Massachusetts) e Instituto de Tecnologia da Califórnia em Pasadena a concluir que o mais apropriado nessa situação reduziria os requisitos para Verificação de notas. Foi proposto aceitar notas de banco, cuja combinação de códigos corresponde à original em 90% ou mais, e o erro resultante pode ser eliminado com a introdução de uma nova classe de verificação de protocolo, tolerante a erros de codificação, armazenamento e decodificação de bits quânticos. Os resultados da pesquisa foram publicados no PNAS em 2012.

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