Fonte: Sci-X
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Stephen Wiesner nel 1983 aveva riconosciuto che la natura fornisce modi per prevenire la falsificazione delle carte di creditofo: ad esempio, l'impossibilità di clonare informazione quantistica che è memorizzato su un qubit. Allora perché non utilizzare queste funzionalità per la verifica di sicurezza del denaro quantistica? Mentre le cifre stampate su una carta di credito sono abbastanza robuste per resistere all’usura dei vari sfregamenti, le informazioni quantistiche sono generalmente abbastanza messe alla prova da rumore, decoerenza e imperfezioni operazionali. Pertanto è necessario abbassare i requisiti nel processo di autenticazione. Un team di fisici del Max-Planck-Institut di ottica quantistica (Garching), dell'Università di Harvard (Cambridge, USA), e del California Institute of Technology (Pasadena, USA) ha dimostrato che tali protocolli possono essere tolleranti al rumore, garantendo nel contempo sicurezza rigorosa. Lo studio è pubblicato su Proceedings of the National Academy of Science (PNAS).
Da un lato, le proprietà di informazione quantistica rendono ideale per evitare qualsiasi tipo di falsificazione. D'altra parte, le condizioni di vita quotidiana rendono praticamente impossibile memorizzare perfettamente bit quantistici di informazioni, a causa della fragilità dei loro supporti fisici che potrebbero essere singoli nuclei. I ricercatori, sotto la direzione del Prof. Ignacio Cirac, direttore al Max Planck Quantenoptik e capo della Divisione Teorica e il prof. Mikhail Lukin dell’Università di Harvard, si sono concentrati sia sul miglioramento della qualità di memorizzazione, sia nel fornire protocolli che possono appianare le imperfezioni provenienti dal mondo reale. Per fare questo, il processo di verifica per tali protocolli deve tollerare una certa quantità di errori dei bit quantistici. Allentare i requisiti di verifica migliora la capacità di un utente disonesto di falsificare un segno quantistico. Questa interazione è affrontata dagli scienziati impostando una soglia di tolleranza, che ammette una certa quantità di rumore, pur garantendo elevata sicurezza contro le copie fraudolente. Appena il dottor Fernando Pastawski (MPQ), che ha lavorato su questo argomento nella sua tesi di dottorato, è stato in grado di dimostrare che tali soglie si trovano per due tipi di protocollo di ‘segni quantici’. Nel primo protocollo, l’informazione quantistica deve essere fisicamente trasferita di nuovo al verificatore, che può quindi valutare la sua validità direttamente. Al contrario, il secondo protocollo prevede la verifica indiretta, avendo il verificatore comunicato con il detentore che misura localmente le memorie costituenti il bit quantistico.
In entrambi gli approcci, la banca emette un segno e lo invia al titolare. L’identità del segno può essere codificato su fotoni trasmessi attraverso una fibra ottica o su spin nucleari in una memoria solida e trasferiti al titolare. Tuttavia, solo la banca memorizza una descrizione completamente classica di questi stati quantici.
Nel metodo del ‘biglietto quantico’, il titolare deve restituire il segno alla banca o a un altro verificatore di fiducia per la convalida. Il verificatore è disposto a tollerare una certa frazione di errori, il che dovrebbe essere sufficiente per soddisfare le imperfezioni associate con la codifica, la memorizzazione e la decodifica dei singoli bit quantistici. L'unica informazione restituita al titolare è se il biglietto è stato accettato o rifiutato. In questo modo è stata ‘consumata’ e non è più a disposizione del titolare. Gli scienziati mostrano che attraverso tale approccio, sia la probabilità di rigetto del segno da un utente onesto,sia quella di accettare una contraffazione possono essere elementi trascurabili.
Il secondo approccio è il "classico biglietto di verifica quantistica". In alcuni casi può essere impossibile che i biglietti quantistici siano ridati indietro alla banca, fisicamente. Qui il titolare è tenuto a convalidare il suo segno quantistico, a distanza, rispondendo alle domande di verifica. Il team dei ricercatori considera uno schema in cui l’informazione quantistica è organizzata in blocchi di coppie di qubit. Una domanda di test di non-rivelazione consiste nel richiedere al titolare di utilizzare una base specifica di misura per ogni blocco. Così facendo, il titolare è in grado di fornire una risposta corretta, ma il segno viene consumato. Ciò esclude la possibilità per un utente disonesto di imbrogliare rispondendo alle domande complementari. Come in precedenza, la soglia data di tolleranza determina il numero di risposte corrette che è necessario per la verifica del segno. La struttura a blocchi utilizzata per il segno permette di sopprimere, esponenzialmente, l’indesiderata capacità del titolare disonesto di rispondere a due domande complementari, assicurando che un segno del vero titolare sarà autenticato con una probabilità molto alta. (…segue)
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