211service.com
Quantum Biometrics utnytter det menneskelige øyets evne til å oppdage enkeltfotoner
Når det kommer til sikkerhet, tilbyr kvanteverdenen enestående rikdom. Kvantekryptografi, for eksempel, lover absolutt hemmelighold garantert av fysikkens lover.
Det er grunnen til at regjeringer, militære organisasjoner og andre har hastet med å utvikle og omfavne denne teknologien. Et viktig spørsmål er hvor mye videre kvantesikkerhet kan gå.
I dag får vi et slags svar takket være arbeidet til Michail Loulakis ved National Technical University of Athens i Hellas og noen få venner som har funnet ut hvordan man kan utnytte kvantemekanikk for å identifisere individer på en sikker måte.
Kvantebiometri, sier de, gjør identifikasjon mer nøyaktig og vanskeligere for en ondsinnet bruker å hindre. Dessuten bruker teamet fysikkens lover for å kvantifisere nøyaktig hvor god kvantebiometri kan være.
Den nye teknikken er basert på det menneskelige øyets velkjente evne til å oppdage enkeltfotoner. Vårt lysdeteksjonsmaskineri er avhengig av rhodopsin-molekyler i retinale stavceller for å oppdage enkeltfotoner og deretter på en kompleks mekanisme for fototransduksjon for å sende dette signalet til hjernen.
Eksperimenter som dateres tilbake til 1940-tallet viser at mennesker kan bli oppmerksomme på et lysglimt som inneholder bare en håndfull fotoner. Denne fotondeteksjonsprosessen er en kvantemekanisme og styres av kvantefysikkens lover. Den faktiske sannsynligheten for å oppdage blitsen avhenger imidlertid også av miljøet i øyet.
Dette miljøet bestemmer antall fotoner som kommer til netthinnen og veien de tar. Så viktige faktorer er de optiske tapene forbundet med passasje av lys gjennom hornhinnen, det fremre kammeret, pupillen, linsen og glasslegemet.
Sannsynligheten for deteksjon avhenger også av hvordan lyset absorberes på et bestemt sted på netthinnen, noe som varierer over hele netthinnen.
Det er enkelt å måle sannsynligheten for deteksjon. Eksperimentene går ut på å gjentatte ganger sende et lysglimt inn i øyet og telle hvor ofte forsøkspersonen blir oppmerksom på det.
Ved å klumpe sammen alle miljøfaktorene til en enkelt parameter kalt alfa, kan fysikere deretter beregne sannsynligheten for deteksjon.
Kvantebiometri snur denne metoden på hodet. Denne prosessen starter med å anta en viss sannsynlighet for å oppdage et blink og deretter bruke de samme eksperimentene for å måle alfa. Spesielt foreslår Loulakis og co å måle hvordan alfa varierer på tvers av synsfeltet.
Måten alfa endres på – alfakartet – avhenger av det unike mønsteret av nerver, blodårer og lysfølsomme celler i øyet, og bør derfor være unikt for alle individer. Det gjør et alfakart til en god biometrisk signatur (som åpenbart må holdes hemmelig).
Når kartet er målt, er oppgaven å bruke det til å identifisere en person. Det er her kvantefysikkens lover kommer så godt med fordi de setter veldefinerte grenser for hvor godt en avlytter kan avlytte systemet.
Identifikasjonsprosessen er da grei. Loulakis og co foreslår å sende et tilfeldig mønster av blits inn i øyet, men å variere lysintensiteten i hvert blits. Dette mønsteret er nøye utformet for å utnytte alfakartet slik at det oppdages som et gjenkjennelig mønster av en person med et spesifikt alfakart, men virker tilfeldig for noen andre.
En ondsinnet avlytter, Eve, kan ikke lett hindre dette systemet. En måte er for Eva å gjette verdien av alfa og svare deretter. Men sjansene for at dette lykkes kan gjøres vilkårlig små ved å øke antall punkter alfa måles på.
En annen måte er for Eva å prøve å måle alfa i motivets øye. Men Loulakis og co sier at dette vil kreve måleteknikker som er langt utover det nyeste.
Et viktig spørsmål er hvor mange målinger som er nødvendige for å identifisere en person på riktig måte. Det avhenger av hvor nøyaktig identifiseringen må være, og det er to måter det kan gå galt på. Den første er en falsk positiv – feilaktig identifiserer Eva som subjektet. Den andre er en falsk negativ – feilidentifisering av emnet.
Sannsynlighetene for en falsk positiv og en falsk negativ identifikasjon av denne biometriske teknikken kan lett nærme seg henholdsvis [én av 1 milliard] og [en av ti tusen], sier Loulakis og co.
Loulakis og co sier at det skal være mulig å identifisere en person med dette nøyaktighetsnivået ved å bruke bare seks avhør. I praksis kan seks avhør gjennomføres på mindre enn ett minutts testtid, sier teamet.
Det er interessant arbeid som kartlegger en metode for kvantebiometri. Laget ser imidlertid bort fra en rekke potensielle problemer. Et viktig spørsmål er hvordan man nøyaktig måler noens alfakart i utgangspunktet. Det finnes ikke noe klart svar på det.
Et annet problem er hvordan alfa varierer over tid. Alles syn forringes etter hvert som de blir eldre, noe som tyder på at et alfakart vil ha en utløpsdato med usikker lengde.
Det er også mulighet for at alfa kan variere over mye kortere tidsskalaer. De fleste opplever endringer i synet med faktorer som forkjølelse og influensa, alkoholforbruk, og til og med med flytere som passerer over synsfeltet. Hvis alfa-kart noen gang skal betraktes som en levedyktig biometrisk signatur, vil det være nødvendig med betydelig arbeid for å karakterisere deres nytte.
Ikke desto mindre understreker forestillingen om kvantebiometri den økende interessen for å forstå rollen til kvanteprosesser i biologi. Det er tydelig mye å lære.
Ref: arxiv.org/abs/1704.04367 : Kvantebiometri med retinal fotontelling