La biometría cuántica aprovecha la capacidad del ojo humano para detectar fotones individuales

Cuando se trata de seguridad, el mundo cuántico ofrece riquezas sin precedentes. La criptografía cuántica, por ejemplo, promete un secreto absoluto garantizado por las leyes de la física.

Es por eso que los gobiernos, las organizaciones militares y otros se han apresurado a desarrollar y adoptar esta tecnología. Una pregunta importante es cuánto más puede llegar la seguridad cuántica.

Hoy recibimos una especie de respuesta gracias al trabajo de Michail Loulakis en la Universidad Técnica Nacional de Atenas en Grecia y algunos amigos que han descubierto cómo explotar la mecánica cuántica para identificar a las personas de manera segura.

La biometría cuántica, dicen, hace que la identificación sea más precisa y más difícil de frustrar para un usuario malicioso. Además, el equipo utiliza las leyes de la física para cuantificar exactamente qué tan buena puede ser la biometría cuántica.

La nueva técnica se basa en la conocida capacidad del ojo humano para detectar fotones individuales. Nuestra maquinaria de detección de luz se basa en moléculas de rodopsina en los bastones de la retina para detectar fotones individuales y luego en un mecanismo complejo de fototransducción para enviar esta señal al cerebro.

Los experimentos que datan de la década de 1940 muestran que los humanos pueden darse cuenta de un destello de luz que contiene solo un puñado de fotones. Este proceso de detección de fotones es un mecanismo cuántico y se rige por las leyes de la física cuántica. Sin embargo, la probabilidad real de detectar el destello también depende del entorno dentro del ojo.

Este entorno determina el número de fotones que llegan a la retina y el camino que toman. Factores tan importantes son las pérdidas ópticas asociadas al paso de la luz a través de la córnea, la cámara anterior, la pupila, el cristalino y el humor vítreo.

La probabilidad de detección también depende de cómo se absorbe la luz en un punto específico de la retina, algo que varía en toda la retina.

Medir la probabilidad de detección es sencillo. Los experimentos implican enviar repetidamente un destello de luz al ojo y contar con qué frecuencia el sujeto se da cuenta de ello.

Al agrupar todos los factores ambientales en un solo parámetro llamado alfa, los físicos pueden calcular la probabilidad de detección.

La biometría cuántica le da la vuelta a este método. Este proceso comienza asumiendo una cierta probabilidad de detectar un destello y luego usando los mismos experimentos para medir alfa. En particular, Loulakis y compañía proponen medir cómo varía alfa en el campo de visión.

La forma en que alfa cambia, el mapa alfa, depende del patrón único de nervios, vasos sanguíneos y células sensibles a la luz en el ojo y, por lo tanto, debería ser único para todos los individuos. Eso hace que un mapa alfa sea una buena firma biométrica (que obviamente debe mantenerse en secreto).

Una vez que se ha medido el mapa, la tarea es utilizarlo para identificar a un individuo. Aquí es donde las leyes de la física cuántica son tan útiles porque establecen límites bien definidos sobre qué tan bien un espía puede frustrar el sistema.

El proceso de identificación es entonces sencillo. Loulakis y compañía proponen emitir un patrón aleatorio de destellos en el ojo, pero para variar la intensidad de la luz en cada destello. Este patrón está cuidadosamente diseñado para explotar el mapa alfa, de modo que una persona con un mapa alfa específico lo detecte como un patrón reconocible, pero parezca aleatorio para cualquier otra persona.

Una espía maliciosa, Eve, no puede frustrar fácilmente este sistema. Una forma es que Eve adivine el valor de alfa y responda en consecuencia. Pero las posibilidades de que esto tenga éxito pueden reducirse arbitrariamente aumentando el número de puntos en los que se mide alfa.

Otra forma es que Eve intente medir alfa en el ojo del sujeto. Pero Loulakis y compañía dicen que esto requeriría técnicas de medición que van mucho más allá del estado del arte.

Una pregunta importante es cuántas medidas son necesarias para identificar adecuadamente a un individuo. Eso depende de qué tan precisa debe ser la identificación, y hay dos formas en que puede salir mal. El primero es un falso positivo: identificar falsamente a Eva como el sujeto. El segundo es un falso negativo: identificar erróneamente al sujeto.

Las probabilidades de una identificación falsa positiva y falsa negativa de esta técnica biométrica pueden acercarse fácilmente a [una en mil millones] y [una en diez mil], respectivamente, dicen Loulakis y compañía.

Loulakis y compañía dicen que debería ser posible identificar a un individuo con este nivel de precisión utilizando solo seis interrogatorios. Prácticamente, se pueden realizar seis interrogatorios en menos de un minuto de tiempo de prueba, dice el equipo.

Es un trabajo interesante que traza un método para la biometría cuántica. Sin embargo, el equipo pasa por alto una serie de problemas potenciales. Una pregunta importante es cómo medir con precisión el mapa alfa de cualquier persona en primer lugar. No hay una respuesta clara a eso.

Otro problema es cómo alfa varía con el tiempo. La vista de todos se deteriora a medida que envejecemos, lo que sugiere que un mapa alfa tendría una fecha de caducidad de duración incierta.

También existe la posibilidad de que alfa varíe en escalas de tiempo mucho más cortas. La mayoría de las personas experimentan cambios en la visión con factores como resfriados y gripe, consumo de alcohol e incluso con moscas volantes que atraviesan el campo de visión. Si los mapas alfa alguna vez se consideran una firma biométrica viable, se necesitará un trabajo significativo para caracterizar su utilidad.

No obstante, la noción de biometría cuántica subraya el creciente interés por comprender el papel de los procesos cuánticos en biología. Claramente hay mucho que aprender.

Ref: arxiv.org/abs/1704.04367 : biometría cuántica con recuento de fotones retinales

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