La biométrie quantique exploite la capacité de l'œil humain à détecter des photons uniques

En matière de sécurité, le monde quantique offre des richesses inégalées. La cryptographie quantique, par exemple, promet un secret absolu garanti par les lois de la physique.

C'est pourquoi les gouvernements, les organisations militaires et d'autres se sont précipités pour développer et adopter cette technologie. Une question importante est de savoir jusqu'où la sécurité quantique peut aller plus loin.

Aujourd'hui, nous obtenons une sorte de réponse grâce au travail de Michail Loulakis de l'Université technique nationale d'Athènes en Grèce et de quelques amis qui ont découvert comment exploiter la mécanique quantique pour identifier les individus en toute sécurité.

La biométrie quantique, disent-ils, rend l'identification plus précise et plus difficile à déjouer pour un utilisateur malveillant. De plus, l'équipe utilise les lois de la physique pour quantifier exactement la qualité de la biométrie quantique.

La nouvelle technique est basée sur la capacité bien connue de l'œil humain à détecter des photons uniques. Notre machinerie de détection de la lumière repose sur des molécules de rhodopsine dans les bâtonnets rétiniens pour détecter des photons uniques, puis sur un mécanisme complexe de phototransduction pour envoyer ce signal au cerveau.

Des expériences remontant aux années 1940 montrent que l'homme peut prendre conscience d'un flash lumineux ne contenant qu'une poignée de photons. Ce processus de détection de photons est un mécanisme quantique et est régi par les lois de la physique quantique. Cependant, la probabilité réelle de détecter le flash dépend également de l'environnement à l'intérieur de l'œil.

Cet environnement détermine le nombre de photons qui arrivent sur la rétine et le chemin qu'ils empruntent. Des facteurs aussi importants sont les pertes optiques associées au passage de la lumière à travers la cornée, la chambre antérieure, la pupille, le cristallin et l'humeur vitrée.

La probabilité de détection dépend également de la façon dont la lumière est absorbée à un endroit précis de la rétine, ce qui varie sur l'ensemble de la rétine.

La mesure de la probabilité de détection est simple. Les expériences consistent à envoyer à plusieurs reprises un flash de lumière dans l'œil et à compter la fréquence à laquelle le sujet en prend conscience.

En regroupant tous les facteurs environnementaux en un seul paramètre appelé alpha, les physiciens peuvent alors calculer la probabilité de détection.

La biométrie quantique renverse cette méthode. Ce processus commence par supposer une certaine probabilité de détecter un flash, puis utilise les mêmes expériences pour mesurer alpha. En particulier, Loulakis et co proposent de mesurer comment alpha varie à travers le champ de vision.

La façon dont alpha change - la carte alpha - dépend du schéma unique des nerfs, des vaisseaux sanguins et des cellules sensibles à la lumière dans l'œil et devrait donc être unique pour tous les individus. Cela fait d'une carte alpha une bonne signature biométrique (qui doit évidemment rester secrète).

Une fois la carte mesurée, il s'agit de l'utiliser pour identifier un individu. C'est là que les lois de la physique quantique sont si utiles car elles imposent des limites bien définies à la capacité d'un indiscret à déjouer le système.

Le processus d'identification est alors simple. Loulakis et co proposent de projeter un motif aléatoire de flashs dans l'œil mais de faire varier l'intensité de la lumière dans chaque flash. Ce modèle est soigneusement conçu pour exploiter la carte alpha afin qu'il soit détecté comme un modèle reconnaissable par une personne avec une carte alpha spécifique mais semble aléatoire pour quelqu'un d'autre.

Une espionne malveillante, Eve, ne peut pas facilement déjouer ce système. Une façon est pour Eve de deviner la valeur d'alpha et de répondre en conséquence. Mais les chances de succès peuvent être réduites arbitrairement en augmentant le nombre de points auxquels alpha est mesuré.

Une autre façon consiste pour Eve à tenter de mesurer l'alpha dans l'œil du sujet. Mais Loulakis et co disent que cela nécessiterait des techniques de mesure bien au-delà de l'état de l'art.

Une question importante est de savoir combien de mesures sont nécessaires pour identifier correctement un individu. Cela dépend de la précision de l'identification, et il y a deux façons dont cela peut mal tourner. Le premier est un faux positif, identifiant à tort Eve comme le sujet. Le second est un faux négatif - une mauvaise identification du sujet.

Les probabilités d'identification d'un faux positif et d'un faux négatif de cette technique biométrique peuvent facilement approcher [un sur 1 milliard] et [un sur dix mille], respectivement, disent Loulakis et co.

Loulakis et co disent qu'il devrait être possible d'identifier un individu avec ce niveau de précision en utilisant seulement six interrogations. Pratiquement, six interrogatoires peuvent être réalisés en moins d'une minute de temps de test, précise l'équipe.

C'est un travail intéressant qui trace une méthode pour la biométrie quantique. Cependant, l'équipe passe sous silence un certain nombre de problèmes potentiels. Une question importante est de savoir comment mesurer avec précision la carte alpha de quelqu'un en premier lieu. Il n'y a pas de réponse claire à cela.

Un autre problème est la façon dont alpha varie dans le temps. La vue de tout le monde se détériore à mesure qu'ils vieillissent, ce qui suggère qu'une carte alpha aurait une date d'expiration de longueur incertaine.

Il est également possible que l'alpha puisse varier sur des échelles de temps beaucoup plus courtes. La plupart des gens connaissent des changements de vision avec des facteurs tels que le rhume et la grippe, la consommation d'alcool et même avec des corps flottants traversant le champ de vision. Si les cartes alpha doivent un jour être considérées comme une signature biométrique viable, des travaux importants seront nécessaires pour caractériser leur utilité.

Néanmoins, la notion de biométrie quantique souligne l'intérêt croissant pour la compréhension du rôle des processus quantiques en biologie. Il y a clairement beaucoup à apprendre.

Réf : arxiv.org/abs/1704.04367 : Biométrie quantique avec comptage de photons rétiniens

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