科学家提出量子生物识别技术

美国《麻省理工学院技术评论》杂志发表文章，称科学家已经提出了量子生物识别技术。

在安全性方面，量子世界提供了无与伦比的财富。例如，根据物理学定律，量子密码能够提供绝对的保密性。这就是政府、军事组织和其他机构急于开发利用这项技术的原因。一个重要的问题是量子安全还能取得多大进展。

现在，由于希腊雅典国家技术大学（National Technical University of Athens）研究人员的努力，我们得到了一个答案。他们主要致力于研究如何利用量子力学进行安全身份识别。

研究人员表示，量子生物识别技术能够使识别更加准确，让恶意用户更难实施欺诈。此外，该团队还利用物理学定律来准确量化量子生物识别的能力。

众所周知，人眼具有检测单光子的能力，而这项新技术正是基于这种能力。我们的光检测机器依赖于视网膜棒细胞中的视紫红质分子来检测单个光子，然后通过复杂的光转导机制将信号发送到大脑。

20世纪40年代的实验表明，人类可以感觉到只包含少量光子的闪光。这种光子检测过程是一个量子机制，受到量子物理学规律的约束。然而，检测到闪光的实际概率也取决于眼睛内的环境。

这种环境决定了到达视网膜的光子数量及其所经过的路径。因此，重要的因素是与光线通过角膜、前房、瞳孔、晶状体和玻璃体液相关的光损失。检测概率还取决于视网膜上的特定位置是如何吸收光线的。在整个视网膜上，吸收光线的方式因位置不同而有所不同。测量检测概率的过程很直观。实验中多次将闪光发送到受试者眼中，计算受试者感受到光线的频率。通过将所有环境因素整合到单个参数α中，物理学家就可以计算出检测概率。

量子生物识别完全颠覆了上述方式。它首先假定了检测到闪光的概率，然后使用相同的实验来测量α值。特别地，研究人员提出应该测量α值在整个视野范围内的变化情况。α值的变化情况，即α图谱，取决于眼内的神经、血管和光敏感细胞的独特特征，因此每个人的α值都应该是独一无二的。这使得α图谱成为一个很好的生物识别签名（显然必须保密）。

一旦测得了α图谱，任务就是利用其来识别人的身份。这就是量子物理学定律能直接应用的地方了，因为它们明确限定了窃听者能够对系统造成的破坏程度。

识别过程很简单。研究团队提出将闪烁的随机图案投射到眼睛中，但是改变每个闪光的强度。这种图案专门设计利用α图谱，使其能够被具有特定α图谱的人检测为某种可识别的图案，而对其他任何人来说是随机图案。

恶意窃听者不可能轻易突破这个系统。它能够采用的一种方法是猜测α的值并做出相应的反应。但是，增加α值测量点的数量就可以使窃听者的成功机会变得很小。窃听者可能采取的另一种方法是测量受试者眼睛中的α值。但是，研究人员表示，这将需要远超现有水平的测量技术。

一个重要的问题是需要多少次测量才能正确识别个体。这取决于身份识别所要求的准确程度，且有两种可能的错误方式。第一种是假阳性错误，即错误地将窃听者识别为受试者。第二种是假阴性错误，即不能正确识别受试者。

研究人员说：“这种生物识别技术的假阳性和假阴性测定概率分别是接近十亿分之一和万分之一。他们表示，仅使用六次检测就应该可以在个人身份识别中达到这种准确率。“实际上，在不到一分钟的测试时间内就可以实现六次检测。”

这是项有趣的工作，因为它确定了一种量子生物识别方法。但是，该团队忽视了一些潜在的问题，首当其冲的问题就是如何准确地测量任何人的α图谱，这还没有明确的答案。另一个问题是α值会如何随着时间的推移而变化。每个人的视力都会随着年龄的增长而下降，这表明α图谱将有长度不确定的有效期。

α图谱还有可能在更短的时间范围内变化。大多数人都经历过由多种因素导致的视力变化，如感冒和流感、饮酒、甚至是穿过视野的漂浮物等。要使α图谱成为可行的生物识别签名，需要进行大量工作来验证它的实用性。

尽管如此，量子生物识别的概念显示了量子过程在生物学中的作用正在引起越来越多人的兴趣。显然，要研究的东西还很多。