Κβαντομηχανική Βιομετρική Ταυτοποίηση

Η βιομετρική ταυτοποίηση, δηλαδή μετρήσεις ιδιαίτερων ανθρώπινων χαρακτηριστικών με το στοιχείο της μοναδικότητας, αποτελούν μια γοργά αναπτυσσόμενη αγορά με ετήσιο τζίρο της τάξης των $5 δις και ρυθμό ανάπτυξης 20%. Αυτό επειδή θέματα ασφάλειας έχουν τελευταία αποκτήσει ιδιαίτερη βαρύτητα παγκοσμίως, και υφίσταται ανάγκη για ολοένα και πιο ασφαλείς τεχνικές βιομετρίας.
 
Κοινό μειονέκτημα όλων των υφιστάμενων τεχνικών είναι ότι είναι «κλασσικές», δηλαδή η ασφάλειά τους δεν είναι εγγυημένη ούτε και ποσοτικοποιείται από κάποιο φυσικό νόμο, αλλά απλά βασίζεται στην ελπίδα ότι τυχόν υποκλοπέας δε θα έχει πρόσβαση στα μέσα που χρειάζονται για να τις υποκλέψει. Από θέμα αρχής όμως, είναι υποκλέψιμες.
 
Σε μια πρόσφατη δημοσίευση στο Physical Review Applied, νέο περιοδικό της Αμερικανικής Κοινότητας Φυσικής (American Physical Society), ο Ιωάννης Κομίνης, επίκουρος καθηγητής του Τμήματος Φυσικής του Πανεπιστημίου Κρήτης, σε συνεργασία με τον Μ. Λουλάκη της Σχολής Εφαρμοσμένων Φυσικών και Μαθηματικών Επιστημών του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου, τον Γ. Μπλάτσιο του Οφθαλμολογικού Τμήματος του Πανεπιστημίου του Innsbruck, και την Χ. Βρεττού της Ιατρικής Σχολής του ΕΚΠΑ/Γενικό Νοσοκομείο Ευαγγελισμός, πρότειναν μια νέα μέθοδο βιομετρίας, της οποίας η ασφάλεια και βασίζεται και ποσοτικοποιείται από τους νόμους των κβαντικών μετρήσεων.
 
Η μέθοδος οδηγεί σε πρωτοφανείς για τη βιομετρία επιδόσεις, με την πιθανότητα ψευδούς θετικής ταυτοποίησης να βρίσκεται κάτω από το επίπεδο του 10^-10. Πέρα από αυτό, αποδεικνύεται ότι για να υποκλαπεί, ο υποκλοπέας πρέπει να διαθέτει κβαντική τεχνολογία που δεν αναμένεται να εμφανιστεί για πολλές ακόμα δεκαετίες, συγκεκριμένα διακριτική ικανότητα στην κβαντική θερμομετρία και μαγνητομετρία της τάξης του 10^-9 ℏ.
 
Το νέο βιομετρικό χαρακτηριστικό που εισάγει η μέθοδος είναι οι οπτικές απώλειες που υφίσταται το φως στην πορεία του από την επιφάνεια του ματιού προς τον αμφιβληστροειδή. Οι απώλειες αυτές εκτιμώνται από τον γνωστό αριθμό φωτονίων ασθενούς παλμού φωτός που προσπίπτει στο μάτι και τη στατιστική των απαντήσεων του εξεταζόμενου για το αν αντιλαμβάνεται ή όχι τον παλμό. Περιγραφικά, πρόκειται για ένα σύνθετο φυσιολογικό “αποτύπωμα” που περιλαμβάνει το μάτι, τον αμφιβληστροειδή και τον οπτικό φλοιό του εγκεφάλου.
 
Η εργασία αυτή έχει το προφανές δυναμικό εμπορικής αξιοποίησης. Για το λόγο αυτό έχει ήδη σχολιαστεί από το MIT Technology Review. Έχει επίσης σχολιαστεί από το Physics World, και έχει επιλεγεί από τον εκδότη του περιοδικού Physical Review Applied ως μια αξιοπρόσεκτη δημοσίευση. 

Εικόνα: (a) Σχηματική αναπαράσταση της μεθόδου, κατά την οποία παλμός φωτός με Ĩ  φωτόνια κατά μέσο όρο προσπίπτει στο μάτι. Κατά τη διαδρομή του προς τον αμφιβληστροειδή υφίσταται απώλειες που περιγράφονται με την παράμετρο α,  οποία μοντελοποιεί τον συντελεστή μετάδοσης ισχύος ενός οπτικού φίλτρου. (b) Η πιθανότητα να δει κανείς τον παλμό συναρτήσει του Ĩ, για διάφορες τιμές της παραμέτρου α. Η πιθανότητα αυτή βασίζεται στη στατιστική Poisson που ακολουθεί ο αριθμός φωτονίων σύμφωνης ακτινοβολίας. (c) Ένας αλγόριθμος  ταυτοποίησης βασίζεται σε επιλογή και ακτινοβόληση σημείων στον αμφιβληστροειδή με μεγάλο α, τέτοια ώστε να σχηματίζεται αναγνωρίσιμο σχήμα για τον χρήστη, και τη ταυτόχρονη ακτινοβόληση πολλών σημείων με χαμηλό α. Ο μεν χρήστης δε θα αντιληφθεί το φως στα τελευταία και θα αναγνωρίσει το σχήμα, ο δε υποκλοπέας, ακόμα και να έχει τον ιδανικό φωτοανιχνευτή, θα βλέπει φωτισμένα όλα τα σημεία, όπως στο (d), όπου και θα αδυνατεί να αναγνωρίσει οτιδήποτε. 

Επιστημονικό άρθρο: “Quantum Biometrics with Retinal Photon Counting", M. Loulakis, G. Blatsios, C. S. Vrettou and I. K. Kominis, Physical Review Applied, 8, 044012 (2017).