Quantum Biometrics udnytter det menneskelige øjes evne til at opdage enkelte fotoner

Når det kommer til sikkerhed, byder kvanteverdenen på uovertruffen rigdom. Kvantekryptografi, for eksempel, lover absolut hemmeligholdelse garanteret af fysikkens love.

Det er derfor, regeringer, militære organisationer og andre har skyndt sig at udvikle og omfavne denne teknologi. Et vigtigt spørgsmål er, hvor meget længere kvantesikkerhed kan gå.

I dag får vi et slags svar takket være arbejdet fra Michail Loulakis ved det nationale tekniske universitet i Athen i Grækenland og et par venner, der har fundet ud af, hvordan man kan udnytte kvantemekanikken til sikkert at identificere individer.

Kvantebiometri, siger de, gør identifikation mere nøjagtig og sværere for en ondsindet bruger at forhindre. Hvad mere er, bruger holdet fysikkens love til at kvantificere præcis, hvor god kvantebiometri kan være.

Den nye teknik er baseret på det menneskelige øjes velkendte evne til at detektere enkelte fotoner. Vores lysdetektionsmaskineri er afhængig af rhodopsin-molekyler i retinale stavceller til at detektere enkelte fotoner og derefter på en kompleks fototransduktionsmekanisme for at sende dette signal til hjernen.

Eksperimenter, der går tilbage til 1940'erne, viser, at mennesker kan blive opmærksomme på et lysglimt, der kun indeholder en håndfuld fotoner. Denne fotondetektionsproces er en kvantemekanisme og er styret af kvantefysikkens love. Den faktiske sandsynlighed for at opdage blitzen afhænger dog også af omgivelserne i øjet.

Dette miljø bestemmer antallet af fotoner, der ankommer til nethinden, og den vej, de tager. Så vigtige faktorer er de optiske tab forbundet med passage af lys gennem hornhinden, det forreste kammer, pupillen, linsen og glaslegemet.

Sandsynligheden for påvisning afhænger også af, hvordan lyset absorberes på et bestemt sted på nethinden, noget der varierer på tværs af hele nethinden.

Måling af sandsynligheden for detektion er ligetil. Eksperimenterne går ud på, at man gentagne gange sender et lysglimt ind i øjet og tæller, hvor ofte forsøgspersonen bliver opmærksom på det.

Ved at samle alle miljøfaktorer i en enkelt parameter kaldet alfa, kan fysikere derefter beregne sandsynligheden for påvisning.

Kvantebiometri vender denne metode på hovedet. Denne proces starter med at antage en vis sandsynlighed for at opdage et blink og derefter bruge de samme eksperimenter til at måle alfa. Især foreslår Loulakis og co at måle, hvordan alfa varierer på tværs af synsfeltet.

Måden alfa ændres på - alfakortet - afhænger af det unikke mønster af nerver, blodkar og lysfølsomme celler i øjet og bør derfor være unikt for alle individer. Det gør et alfakort til en god biometrisk signatur (som naturligvis skal holdes hemmelig).

Når kortet er blevet målt, er opgaven at bruge det til at identificere en person. Det er her, kvantefysikkens love er så nyttige, fordi de sætter veldefinerede grænser for, hvor godt en aflytning kan aflytte systemet.

Identifikationsprocessen er så ligetil. Loulakis og co foreslår at sende et tilfældigt mønster af glimt ind i øjet, men at variere lysintensiteten i hvert glimt. Dette mønster er omhyggeligt designet til at udnytte alfakortet, så det detekteres som et genkendeligt mønster af en person med et specifikt alfakort, men virker tilfældigt for alle andre.

En ondsindet aflytter, Eve, kan ikke nemt forhindre dette system. En måde er for Eva at gætte værdien af ​​alfa og reagere i overensstemmelse hermed. Men chancerne for at dette lykkes kan gøres vilkårligt små ved at øge antallet af punkter, hvor alfa måles.

En anden måde er for Eva at forsøge at måle alfa i motivets øje. Men Loulakis og co siger, at dette ville kræve måleteknikker, der er langt ud over det nyeste.

Et vigtigt spørgsmål er, hvor mange målinger der er nødvendige for korrekt at identificere en person. Det afhænger af, hvor nøjagtig identifikationen skal være, og der er to måder, det kan gå galt på. Den første er en falsk positiv - fejlagtigt identificerer Eva som subjektet. Det andet er et falsk negativt - fejlidentifikation af emnet.

Sandsynligheden for en falsk positiv og en falsk negativ identifikation af denne biometriske teknik kan let nærme sig henholdsvis [en ud af 1 milliard] og [en ud af ti tusinde], siger Loulakis og co.

Loulakis og co siger, at det burde være muligt at identificere en person med denne grad af nøjagtighed ved kun at bruge seks afhøringer. I praksis kan seks afhøringer realiseres på mindre end et minuts testtid, siger holdet.

Det er interessant arbejde, der kortlægger en metode til kvantebiometri. Men holdet slumrer over en række potentielle problemer. Et vigtigt spørgsmål er, hvordan man nøjagtigt måler nogens alfa-kort i første omgang. Det er der ikke noget klart svar på.

Et andet problem er, hvordan alfa varierer over tid. Alles syn forringes, når de bliver ældre, hvilket tyder på, at et alfakort ville have en udløbsdato af usikker længde.

Der er også mulighed for, at alfa kan variere over meget kortere tidsskalaer. De fleste mennesker oplever ændringer i synet med faktorer som forkølelse og influenza, alkoholforbrug og endda med flydere, der passerer over synsfeltet. Hvis alfakort nogensinde skal betragtes som en levedygtig biometrisk signatur, vil der være behov for betydeligt arbejde for at karakterisere deres nytte.

Ikke desto mindre understreger begrebet kvantebiometri den stigende interesse for at forstå kvanteprocessernes rolle i biologien. Der er klart meget at lære.

Ref: arxiv.org/abs/1704.04367 : Kvantebiometri med retinal fotontælling

skjule