Jak fungují kvantové peníze?

Badatelé ze Společné laboratoře optiky a Regionálního centra pokročilých technologií a materiálů Univerzity Palackého v Olomouci se proměnili ve výrobce i padělatele peněz zároveň. Netiskli si však s kolegy z Polska a Japonska papírky s podobiznou Palackého nebo Tomáše Masaryka, nefalšovali zlotý ani jen. Používali takzvané virtuální kvantové bankovky. Ty si můžeme představit jako řetězec fotonů, tedy jakýchsi balíčků energie světla. Výsledkem snažení odborníků z Palackého univerzity je unikátní studie, v níž jako první na světě existenci kvantových bankovek experimentálně ověřili a testovali i možnosti jejich obrany vůči kopírovacím metodám.

• Jak platit na dovolené a nepřijít o peníze
  

Nutná bezpečnost

Myšlenka kvantových peněz, u nichž lze zajistit mnohem větší bezpečnost, se objevila už v sedmdesátých letech minulého století. Vychází ze zákonů kvantové mechaniky, podle nichž nelze kvantové stavy nikdy stoprocentně okopírovat. Přenos kvantové informace je tedy mnohem bezpečnější než dosavadní praxe a kvantové peníze mohou ochránit finanční transakce například před útoky hackerů. Experimentálně však tuto hypotézu kvantových peněz ověřili až nyní vědci z Olomouce ve spolupráci s polskými a japonskými kolegy a publikovali ji dokonce v časopise NPJ Quantum Information z vydavatelství Nature.

Podle jednoho z autorů článku byla v materiálu představena první experimentální realizace elektronického protokolu pro kvantové peníze a doloženo testování jejich odolnosti vůči kopírovacím metodám. Vyzkoušeno bylo několik navržených schémat kvantových bankovek. Ze závěru je jasné, která z metod obstojí i proti klonovacímu stroji.

Nové peněženky

V praxi jste se s kvantovými penězi ještě nejspíš nesetkali, protože se ještě neužívají. Taky proto, že zatím nejsou vyvinuty kvantové paměti, což můžeme chápat jako peněženky, v nichž by bylo možné kvantové stavy uchovat. Ale i zde jde vývoj rychle kupředu. S rozvojem kvantových technologií totiž poptávka po kvantových penězích poroste. Kvantové počítače a další zařízení budou snadno umět prolomit algoritmy, jimiž jsou nyní finanční transakce chráněny. Možným řešením této bezpečnostní otázky je právě využití takzvaných kvantových peněz, tedy o virtuálních bankovek zapsaných do kvantových stavů jednotlivých fotonů.

Polovina musí přežít

Olomoučtí vědci a jejich cizokrajní kolegové mohli navázat na své předchozí výsledky z oblasti kvantového zpracování informace, jejího přenosu i šifrování. Jádrem experimentu byl kvantový kloner, tedy zařízení pro kopírování kvantových stavů, které badatelé v minulosti vyvinuli například pro využití v kvantových počítačích nebo v kvantové kryptografii. V tomto případě ho využili jako jakousi kvantovou kopírku. Kloner je kvantové hradlo, tedy základní kvantový obvod, který dokáže kopírovat kvantové stavy. Neumí to sice stoprocentně, ale nejlépe, jak mu to umožňuje příroda.

V článku uveřejněném ve vydavatelství Narure řešili také úspěšnost klonovacího procesu. Předchozí přístroj odborníků z olomoucké univerzity byl konstruován tak, aby kopie byly co nejvěrnější. Ale účinnost kopírování byla nízká, nejvíce třicetiprocentní. U kvantových peněz je ale potřeba, aby alespoň polovina fotonů přežila a dorazila do banky. Proto muselo být zkombinováno několik přístupů klonování tak, aby byla zaručena vyšší úspěšnost a nepřekročena mez, za níž už banka bude peníze považovat za poškozené.

Sítě pro přenos světelných peněz

Vědci v laboratoři simulovali přenos informace mezi bankami, fotony při pokusu vysílali na spíše kratší vzdálenosti. V optických vláknech už ale mohou proudit ve vzdálenostech až desítek kilometrů a ve volném prostoru i v jednotkách kilometrů. Právě na přenos kvantové informace v sítích se nyní vědci z Olomouce zaměřují. Testují různé prototypy komunikačních sítí a ověřují jejich funkčnost.

Kvantová mechanika je spolu s teorií relativity považována za pilíř moderní fyziky. Stav mikročástic v kvantové mechanice není popsán jejich přesnou polohou a hybností, jak je tomu v klasické mechanice, ale vlnovou funkcí, tedy souborem pravděpodobností mnoha poloh i hybností, kterých částice v jednom okamžiku současně nabývá.