La biometria quantistica sfrutta la capacità dell'occhio umano di rilevare singoli fotoni

Quando si tratta di sicurezza, il mondo quantistico offre ricchezze senza precedenti. La crittografia quantistica, ad esempio, promette l'assoluta segretezza garantita dalle leggi della fisica.

Ecco perché governi, organizzazioni militari e altri si sono affrettati a sviluppare e ad adottare questa tecnologia. Una domanda importante è quanto può andare ulteriormente la sicurezza quantistica.

Oggi riceviamo una sorta di risposta grazie al lavoro di Michail Loulakis presso l'Università Tecnica Nazionale di Atene in Grecia e ad alcuni amici che hanno escogitato come sfruttare la meccanica quantistica per identificare in modo sicuro gli individui.

La biometria quantistica, dicono, rende l'identificazione più accurata e più difficile da sventare per un utente malintenzionato. Inoltre, il team utilizza le leggi della fisica per quantificare esattamente quanto può essere buona la biometria quantistica.

La nuova tecnica si basa sulla ben nota capacità dell'occhio umano di rilevare singoli fotoni. Il nostro macchinario di rilevamento della luce si basa sulle molecole di rodopsina nei bastoncelli retinici per rilevare singoli fotoni e quindi su un complesso meccanismo di fototrasduzione per inviare questo segnale al cervello.

Esperimenti risalenti agli anni '40 mostrano che gli esseri umani possono diventare consapevoli di un lampo di luce contenente solo una manciata di fotoni. Questo processo di rilevamento dei fotoni è un meccanismo quantistico ed è governato dalle leggi della fisica quantistica. Tuttavia, la probabilità effettiva di rilevare il flash dipende anche dall'ambiente all'interno dell'occhio.

Questo ambiente determina il numero di fotoni che arrivano alla retina e il percorso che intraprendono. Fattori così importanti sono le perdite ottiche associate al passaggio della luce attraverso la cornea, la camera anteriore, la pupilla, il cristallino e l'umor vitreo.

La probabilità di rilevamento dipende anche da come la luce viene assorbita in un punto specifico della retina, cosa che varia nell'intera retina.

Misurare la probabilità di rilevamento è semplice. Gli esperimenti prevedono l'invio ripetuto di un lampo di luce nell'occhio e il conteggio della frequenza con cui il soggetto ne viene a conoscenza.

Raggruppando tutti i fattori ambientali in un unico parametro chiamato alfa, i fisici possono quindi calcolare la probabilità di rilevamento.

La biometria quantistica capovolge questo metodo. Questo processo inizia assumendo una certa probabilità di rilevare un lampo e quindi utilizzando gli stessi esperimenti per misurare l'alfa. In particolare, Loulakis e co propongono di misurare come l'alfa varia nel campo visivo.

Il modo in cui l'alfa cambia, la mappa alfa, dipende dal modello unico di nervi, vasi sanguigni e cellule fotosensibili nell'occhio e quindi dovrebbe essere unico per tutti gli individui. Ciò rende una mappa alfa una buona firma biometrica (che ovviamente deve essere tenuta segreta).

Una volta che la mappa è stata misurata, il compito è usarla per identificare un individuo. È qui che le leggi della fisica quantistica sono così utili perché pongono limiti ben definiti su quanto bene un intercettatore può sventare il sistema.

Il processo di identificazione è quindi semplice. Loulakis e compagni propongono di trasmettere nell'occhio uno schema casuale di lampi, ma di variare l'intensità della luce in ogni lampo. Questo modello è accuratamente progettato per sfruttare la mappa alfa in modo che venga rilevato come modello riconoscibile da una persona con una mappa alfa specifica ma sembri casuale a chiunque altro.

Una spia maligno, Eve, non può facilmente sventare questo sistema. Un modo è che Eve indovini il valore di alfa e risponda di conseguenza. Ma le possibilità che ciò abbia successo possono essere ridotte arbitrariamente aumentando il numero di punti in cui viene misurata l'alfa.

Un altro modo è che Eve tenti di misurare l'alfa nell'occhio del soggetto. Ma Loulakis e compagni affermano che ciò richiederebbe tecniche di misurazione che vanno ben oltre lo stato dell'arte.

Una domanda importante è quante misurazioni sono necessarie per identificare correttamente un individuo. Dipende da quanto deve essere accurata l'identificazione e ci sono due modi in cui può andare storto. Il primo è un falso positivo: identifica erroneamente Eva come soggetto. Il secondo è un falso negativo: identificare erroneamente il soggetto.

Le probabilità di un'identificazione falsa positiva e falsa negativa di questa tecnica biometrica possono facilmente avvicinarsi a [uno su 1 miliardo] e [uno su diecimila], rispettivamente, affermano Loulakis e co.

Loulakis e compagni affermano che dovrebbe essere possibile identificare un individuo con questo livello di accuratezza usando solo sei interrogatori. In pratica, si possono realizzare sei interrogatori in meno di un minuto di test, afferma il team.

Questo è un lavoro interessante che traccia un metodo per la biometria quantistica. Tuttavia, il team ignora una serie di potenziali problemi. Una domanda importante è innanzitutto come misurare accuratamente la mappa alfa di chiunque. Non c'è una risposta chiara a questo.

Un altro problema è come l'alfa varia nel tempo. La vista di tutti si deteriora man mano che invecchiano, il che suggerisce che una mappa alfa avrebbe una data di scadenza di durata incerta.

C'è anche la possibilità che l'alfa possa variare su scale temporali molto più brevi. La maggior parte delle persone sperimenta cambiamenti nella vista con fattori come raffreddore e influenza, consumo di alcol e persino con galleggianti che attraversano il campo visivo. Se le mappe alfa devono mai essere considerate una valida firma biometrica, sarà necessario un lavoro significativo per caratterizzarne l'utilità.

Tuttavia, la nozione di biometria quantistica sottolinea il crescente interesse nella comprensione del ruolo dei processi quantistici in biologia. C'è chiaramente molto da imparare.

Rif: arxiv.org/abs/1704.04367 : Biometria quantistica con conteggio dei fotoni retinici

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