Kvantu biometrija izmanto cilvēka acs spēju noteikt atsevišķus fotonus

Runājot par drošību, kvantu pasaule piedāvā nepārspējamas bagātības. Piemēram, kvantu kriptogrāfija sola absolūtu slepenību, ko garantē fizikas likumi.

Tāpēc valdības, militārās organizācijas un citas ir steidzušās izstrādāt un izmantot šo tehnoloģiju. Svarīgs jautājums ir par to, cik daudz kvantu drošības var iet tālāk.

Šodien mēs saņemam sava veida atbildi, pateicoties Mihaila Loulakisa darbam Atēnu Nacionālajā tehniskajā universitātē Grieķijā un dažiem draugiem, kuri ir izstrādājuši, kā izmantot kvantu mehāniku, lai droši identificētu personas.

Viņi saka, ka kvantu biometrija padara identificēšanu precīzāku un ļaunprātīgam lietotājam grūtāk to novērst. Turklāt komanda izmanto fizikas likumus, lai precīzi noteiktu, cik laba var būt kvantu biometrija.

Jaunā tehnika ir balstīta uz labi zināmo cilvēka acs spēju noteikt atsevišķus fotonus. Mūsu gaismas noteikšanas iekārtas balstās uz rodopsīna molekulām tīklenes stieņu šūnās, lai noteiktu atsevišķus fotonus, un pēc tam uz sarežģītu fototransdukcijas mehānismu, lai nosūtītu šo signālu uz smadzenēm.

Eksperimenti, kas datēti ar 1940. gadiem, liecina, ka cilvēki var apzināties gaismas zibspuldzi, kas satur tikai sauju fotonu. Šis fotonu noteikšanas process ir kvantu mehānisms, un to regulē kvantu fizikas likumi. Tomēr faktiskā zibspuldzes noteikšanas iespējamība ir atkarīga arī no vides acī.

Šī vide nosaka fotonu skaitu, kas nonāk tīklenē, un ceļu, ko tie veic. Tik svarīgi faktori ir optiskie zudumi, kas saistīti ar gaismas pāreju caur radzeni, priekšējo kameru, zīlīti, lēcu un stiklveida ķermeni.

Atklāšanas varbūtība ir atkarīga arī no tā, kā gaisma tiek absorbēta noteiktā tīklenes vietā, kas mainās visā tīklenē.

Atklāšanas varbūtības mērīšana ir vienkārša. Eksperimenti ietver vairākkārtēju gaismas zibspuldzes nosūtīšanu acī un skaitīšanu, cik bieži subjekts to apzinās.

Apvienojot visus vides faktorus vienā parametrā, ko sauc par alfa, fiziķi var aprēķināt atklāšanas varbūtību.

Kvantu biometrija apgriež šo metodi par galvu. Šis process sākas, pieņemot noteiktu zibspuldzes noteikšanas iespējamību un pēc tam izmantojot tos pašus eksperimentus, lai izmērītu alfa. Jo īpaši Loulakis un citi ierosina izmērīt, kā alfa mainās visā redzes laukā.

Alfa izmaiņu veids — alfa karte — ir atkarīgs no unikālā nervu, asinsvadu un gaismas jutīgo šūnu modeļa acī, un tāpēc tam jābūt unikālam visiem indivīdiem. Tas padara alfa karti par labu biometrisko parakstu (kas acīmredzot ir jātur noslēpumā).

Kad karte ir izmērīta, uzdevums ir to izmantot, lai identificētu personu. Šeit kvantu fizikas likumi ir tik noderīgi, jo tie nosaka precīzi definētus ierobežojumus tam, cik labi noklausītājs var traucēt sistēmu.

Pēc tam identifikācijas process ir vienkāršs. Loulakis un citi ierosina izstarot acī nejaušu zibšņu modeli, bet katrā zibspuldzē mainīt gaismas intensitāti. Šis modelis ir rūpīgi izstrādāts, lai izmantotu alfa karti, lai persona ar noteiktu alfa karti to noteiktu kā atpazīstamu modeli, bet jebkuram citam šķiet nejauša.

Ļaunprātīga noklausītāja Ieva nevar viegli izjaukt šo sistēmu. Viens veids ir Ievai uzminēt alfa vērtību un attiecīgi reaģēt. Taču izredzes, ka tas izdosies, var patvaļīgi samazināt, palielinot punktu skaitu, kuros tiek mērīta alfa.

Vēl viens veids ir Ievai mēģināt izmērīt alfa subjekta acī. Taču Loulakis un viņa kolēģi apgalvo, ka tam būtu vajadzīgas mērīšanas metodes, kas ir krietni augstākas par jaunākajām tehnoloģijām.

Svarīgs jautājums ir, cik mērījumu ir nepieciešams, lai pareizi identificētu personu. Tas ir atkarīgs no tā, cik precīzai ir jābūt identifikācijai, un ir divi veidi, kā tā var noiet greizi. Pirmais ir viltus pozitīvs rezultāts — Ievas kļūdaini identificēšana kā subjekts. Otrais ir kļūdaini negatīvs — subjekta nepareiza identificēšana.

Šīs biometriskās metodes viltus pozitīvas un viltus negatīvas identifikācijas varbūtība var viegli tuvoties attiecīgi [vienam no 1 miljarda] un [vienam no desmit tūkstošiem], saka Loulakis un citi.

Loulakis un kolēģi saka, ka vajadzētu būt iespējai identificēt personu ar šādu precizitātes līmeni, izmantojot tikai sešas nopratināšanas. Praktiski sešas nopratināšanas var tikt realizētas mazāk nekā vienā testa laika minūtē, norāda komanda.

Tas ir interesants darbs, kas iezīmē kvantu biometrijas metodi. Tomēr komanda noklusē vairākas iespējamās problēmas. Viens svarīgs jautājums ir, kā vispirms precīzi izmērīt jebkura cilvēka alfa karti. Uz to nav skaidras atbildes.

Vēl viena problēma ir tā, kā alfa mainās laika gaitā. Ikvienam kļūstot vecākam, redze pasliktinās, kas liecina, ka alfa kartes derīguma termiņš ir nenoteikts.

Pastāv arī iespēja, ka alfa var mainīties daudz īsākā laika posmā. Lielākajai daļai cilvēku redzes izmaiņas rodas tādu faktoru dēļ kā saaukstēšanās un gripa, alkohola lietošana un pat tad, ja redzes laukā šķērso peldlīdzekļus. Ja alfa kartes kādreiz tiks uzskatītas par dzīvotspējīgu biometrisko parakstu, būs nepieciešams ievērojams darbs, lai raksturotu to lietderību.

Tomēr kvantu biometrijas jēdziens uzsver pieaugošo interesi izprast kvantu procesu lomu bioloģijā. Skaidrs, ka ir daudz ko mācīties.

Atsauce: arxiv.org/abs/1704.04367 : kvantu biometrija ar tīklenes fotonu skaitīšanu

paslēpties