Een Pools/Tsjechisch onderzoeksteam heeft aangetoond hoe zelfs een schijnbaar ultraveilige vorm van geld, ontworpen met behulp van kwantummechanica kan een potentieel belangrijke maas in de beveiliging hebben waardoor het risico loopt op vervalsing. Maar dit benadrukt niet de tekortkomingen van deze opwindende nieuwe technologie, maar eerder het voortdurende potentieel om de menselijke samenleving in de 21e eeuw te transformeren.

Quantumtechnologieën zijn momenteel zonder twijfel in zwang in de wetenschappelijke en technologische gemeenschappen. Als de theorie werkelijkheid wordt, deze opwindende technologieën beloven onze samenlevingen de komende decennia te transformeren.

De technologie van morgen

Zoals vermeld in de editie van deze week van De econoom :'Een badmuts die individuele neuronen kan bekijken, waardoor anderen de geest van de drager kunnen volgen. Een sensor die verborgen kernonderzeeërs kan spotten. Een computer die nieuwe medicijnen kan ontdekken, een revolutie teweegbrengen in de effectenhandel en nieuwe materialen ontwerpen. Een wereldwijd netwerk van communicatieverbindingen waarvan de veiligheid wordt gegarandeerd door onbreekbare fysieke wetten. Dat - en meer - is de belofte van kwantumtechnologie.'

De EU is ook op de kwantumwagen gesprongen, met financiering van ongeveer 550 miljoen euro via Horizon 2020 om ervoor te zorgen dat Europa zijn rol als een van de mondiale grootmachten voor kwantumonderzoek behoudt (voor meer informatie over de inspanningen van de EU op dit gebied, zie het CORDIS Resultatenpakket over kwantumtechnologieën.

Bovendien, zoals bij alle zich ontwikkelende technologieën, wetenschappers zullen niet alleen door moeten gaan met wat werkt, maar ook oplossingen moeten vinden voor bestaande zwakheden. Een Pools en Tsjechisch team van wetenschappers hebben precies dit gedaan door het ontwikkelen van wat – in theorie – ultraveilig 'kwantumgeld' zou moeten zijn, maar ontdekten toen onmiddellijk een ernstige fout waardoor het risico liep op vervalsing. Het onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift 'npj Quantum Information'.

Het onvervalsbare smeden

Onder ideale omstandigheden, kwantumvaluta is onmogelijk te vervalsen. Maar dankzij de rommeligheid van de werkelijkheid, een vervalser met toegang tot geavanceerde apparatuur zou die kwantumbeveiliging kunnen omzeilen als banken geen passende voorzorgsmaatregelen nemen. Het concept van kwantumgeld bestaat al sinds de jaren 70, voor het eerst voorgesteld door de toen afgestudeerde student Stephen Wiesner van Columbia University, maar dit is de eerste keer dat iemand kwantumgeld heeft gecreëerd en vervalst.

In plaats van papieren of plastic bankbiljetten, de kwantumrekeningen van het onderzoeksteam werden in het licht geslagen. Om geld over te maken, een reeks fotonen zou naar een bank worden gestuurd met behulp van de polarisaties van de fotonen, de oriëntatie van hun elektromagnetische golven, informatie te coderen.

Om hun techniek op een leuke manier te illustreren, de onderzoekers stuurden een gepixelde afbeelding van een bankbiljet - een oud Oostenrijkse schillingbiljet van vóór de euro - waarbij de polarisaties van fotonen werden gebruikt om grijstinten aan te duiden. In een echt kwantumgeldsysteem, elke rekening zou anders zijn en de fotonpolarisaties zouden willekeurig worden verdeeld, in plaats van een beeld te vormen. De polarisaties zouden een serienummerachtige code creëren die de bank zou kunnen controleren om te verifiëren dat het geld legitiem is.

Cruciaal, een crimineel die de fotonen onderschept, kan ze niet nauwkeurig kopiëren omdat kwantuminformatie niet perfect kan worden gedupliceerd. 'Dit is eigenlijk de hoeksteen van de veiligheid van kwantumgeld, ' zegt Karel Lemr, studie co-auteur van de Palacký University Olomouc in de Tsjechische Republiek.

Echter, het systeem zou niet zo veilig zijn als het eerst lijkt. Omdat enkele fotonen tijdens de transmissie gemakkelijk verloren gaan of vervormd raken, banken zouden gedeeltelijke kwantumrekeningen moeten accepteren, analoog aan een papieren bankbiljet waarvan een hoek is afgescheurd. Dit geeft criminelen de mogelijkheid om vervalsingen te maken die niet perfect zijn, maar zijn aantoonbaar goed genoeg om door de bank te worden geverifieerd.

Lemr en zijn collega's gebruikten een optimale cloner, een apparaat dat zo dicht mogelijk in de buurt komt van het kopiëren van kwantuminformatie (de technologie om een ​​echt geldsysteem op basis van kwantumtechnologieën op gang te brengen, bestaat fysiek nog niet), poging tot vervalsing. Het team toonde aan dat een bank een vervalste rekening zou accepteren als de standaard voor nauwkeurigheid niet hoog genoeg was - meer dan ongeveer 84% van de polarisaties van de ontvangen fotonen moet overeenkomen met het origineel.

Eerder, op deze kwetsbaarheid 'niet expliciet is gewezen, maar het is niet verwonderlijk, ' zegt theoretisch computerwetenschapper Thomas Vidick van Caltech, die niet bij het onderzoek betrokken was. Het resultaat, hij zegt, geeft aan dat banken streng genoeg moeten zijn in hun normen om te bewijzen dat de rekeningen die ze ontvangen echt zijn.

Dus hoewel dit experiment niet alleen het grote potentieel van kwantumtechnologieën benadrukt, het legt ook belangrijke beveiligingsuitdagingen bloot die nog moeten worden overwonnen. Dit is niet alleen beperkt tot het concept van kwantumgeld, maar ook veel van de andere revolutionaire producten die de menselijke toepassing van de kwantummechanica belooft.

Echter, zoals 'The Economist' samenvat, de resterende uitdagingen zijn meestal technische uitdagingen, in plaats van wetenschappelijk, en het meest opwindende aan kwantumtechnologie is het tot nu toe onbenutte potentieel.