Hvordan man forfalsker kvantepenge

Et polsk/tjekkisk forskerhold har demonstreret, hvordan selv en tilsyneladende ultrasikker form for penge, designet ved hjælp af kvantemekanik kan have et potentielt vigtigt sikkerhedshul, der risikerer forfalskning. Men dette fremhæver ikke manglerne ved denne spændende nye teknologi, men snarere dets fortsatte potentiale til at transformere det menneskelige samfund i det 21. århundrede.

Kvanteteknologier er uden tvivl i øjeblikket på mode i de videnskabelige og teknologiske samfund. Efterhånden som teorien bliver til virkelighed, disse spændende teknologier lover at transformere vores samfund i løbet af de kommende årtier.

Morgendagens teknologi

Som nævnt i denne uges udgave af The Economist :'En badehætte, der kan se individuelle neuroner, giver andre mulighed for at overvåge bærerens sind. En sensor, der kan opdage skjulte atomubåde. En computer, der kan opdage nye stoffer, revolutionere værdipapirhandel og designe nye materialer. Et globalt netværk af kommunikationsforbindelser, hvis sikkerhed er underskrevet af ubrydelige fysiske love. Sådan - og mere - er løftet om kvanteteknologi.'

EU er også hoppet med på kvantevognen, med finansiering på omkring 550 mio. EUR gennem Horisont 2020 for at sikre, at Europa bevarer sin rolle som et af de globale kraftcentre for kvanteforskning (for mere om EU's indsats på dette område, se CORDIS Results Pack om kvanteteknologier.

I øvrigt, som med alle udviklingsteknologier, videnskabsmænd bliver ikke kun nødt til at skubbe frem, hvad der virker, men også finde løsninger på eksisterende svagheder. Et polsk og tjekkisk hold af videnskabsmænd har gjort præcis dette ved at udvikle, hvad der i teorien skulle være ultrasikre 'kvantepenge', men fandt straks en alvorlig fejl, der lod dem være i fare for forfalskning. Forskningen er publiceret i tidsskriftet 'npj Quantum Information'.

Smedning af det uforglemmelige

Under ideelle forhold, kvantevaluta er umulig at forfalske. Men takket være virkelighedens rodet, en falskner med adgang til sofistikeret udstyr kan gå ud over den kvantesikkerhed, hvis bankerne ikke tager passende forholdsregler. Begrebet kvantepenge har eksisteret siden 1970'erne, først foreslået af den daværende Columbia University-studerende Stephen Wiesner, men det er første gang nogen har skabt og forfalsket kvantekontanter.

I stedet for papir- eller plastiksedler, forskerholdets kvantesedler blev præget i lys. For at overføre penge, en række fotoner ville blive transmitteret til en bank ved hjælp af fotonernes polarisationer, orienteringen af ​​deres elektromagnetiske bølger, at indkode information.

For at illustrere deres teknik på en sjov måde, forskerne transmitterede et pixeleret billede af en pengeseddel - en gammel østrigsk schillingseddel før euroen - ved at bruge fotonernes polarisationer til at stå for gråtoner. I et rigtigt kvantepengesystem, hver styk ville være forskellig, og fotonpolarisationerne ville blive fordelt tilfældigt, frem for at danne et billede. Polarisationerne ville skabe en serienummerlignende kode, som banken kunne kontrollere for at bekræfte, at midlerne er legitime.

Afgørende, en kriminel, der opsnapper fotonerne, kunne ikke kopiere dem nøjagtigt, fordi kvanteinformation ikke kan kopieres perfekt. 'Dette er faktisk hjørnestenen i kvantepenges sikkerhed, siger Karel Lemr, studie medforfatter fra Palacký University Olomouc i Tjekkiet.

Imidlertid, systemet ville ikke være så sikkert, som det først ser ud til. Fordi enkelte fotoner let går tabt eller forvanskes under transmission, banker skulle acceptere delvise kvanteregninger, analogt med en papirseddel med et hjørne revet af. Dette giver kriminelle mulighed for at lave forfalskninger, der ikke er perfekte, men er uden tvivl gode nok til at blive verificeret af banken.

Lemr og hans kolleger brugte en optimal kloner, en enhed, der kommer så tæt som muligt på at kopiere kvanteinformation (teknologien til at starte et system med rigtige penge baseret på kvanteteknologier eksisterer ikke fysisk endnu), at forsøge en forfalskning. Holdet viste, at en bank ville acceptere en forfalsket seddel, hvis standarden for nøjagtighed ikke var høj nok - mere end omkring 84 % af de modtagne fotoners polarisationer skal matche originalen.

Tidligere, denne sårbarhed 'blev ikke eksplicit påpeget, men det er ikke overraskende, ' siger teoretisk datalog Thomas Vidick fra Caltech, som ikke var involveret i undersøgelsen. Resultatet, han siger, angiver, at banker skal være strenge nok i deres standarder til at bevise, at de regninger, de modtager, er rigtige.

Så mens dette eksperiment fremhæver ikke kun kvanteteknologiernes store potentiale, det afslører også betydelige sikkerhedsudfordringer, som stadig mangler at blive overvundet. Dette er ikke kun begrænset til begrebet kvantepenge, men også mange af de andre revolutionerende produkter, som den menneskelige udnyttelse af kvantemekanikken lover.

Imidlertid, som 'The Economist' opsummerer, de resterende udfordringer er for det meste tekniske, snarere end videnskabeligt, og det mest spændende ved kvanteteknologi er dens endnu uudnyttede potentiale.