完全に安全で、ハッキングされず、完全にプライベートなデジタル決済システムという夢が、近い将来実現するかもしれない。

ウィーン大学量子科学技術センターの研究チームによって、7月4日に『Nature Communications』に発表した論文「Demonstration of quantum-digital payments」の中で、量子力学に基づく初の「無条件に安全な」デジタル決済システムが披露された。

研究者らは「我々は、量子光が本質的に偽造不可能な量子暗号を生成することで、日々のデジタル決済を安全にする方法を示す」と、論文で述べている。

この画期的なシステムを実現するために、研究者たちは量子もつれ光子のペアを用いて決済取引を暗号化した。量子もつれによって、たとえ距離が離れていても、一方の光子の状態が変化すれば、もう一方の光子に正確に反映されるのだ。

量子もつれの最も有用な特徴のひとつは、もつれた物体がどのような状態にあるのか、それを測定するまでわからないという事実である。

量子力学と計測を理解する簡単な方法は、コインを裏返し、自分や他の人がコインの表裏を見る前に、コインをキャッチして手で覆うことを想像することである。手を離すまでは、同じ確率で表にも裏にもなる。一旦測定すれば、不確定性は崩れ、測定が可能になる。

科学者たちは、パリティを保証し、変更されたり傍受されたりすることのない情報を送信するために、光子などのもつれた物体を使用することで、これを利用することができる。

今回のシステムで、研究者らは、レーザープロセスを使ってもつれ光子を生成し、取引情報をエンコードした。その後、光子は400メートル以上の光ファイバーケーブルを通して送られ、異なるビルに住む当事者間でデジタル決済を成功させた。

仮に悪意ある者がこのような取引に対して敵対的な攻撃を試みた場合、光子の量子状態は測定によって崩壊し、システムは暗号を解読できない新しいもつれ光子のペアを生成することになる。

これは、デジタル決済における量子通信のブレークスルーとなる可能性があるが、1つ小さな注意点がある。現在、研究者によれば、この方法を用いて単純なデジタル決済を完了するには「数十分」かかるという。

しかし、この制限は一時的なものに過ぎないかもしれない。研究者たちは、これは物理法則によるハードストップではなく、より高強度の光子によって解決されるかもしれない些細な技術的限界に過ぎないと断言している。

「実際、もつれ光子ペアのより明るい光源がすでに実証されており、量子トークンの伝送時間を1秒以下に短縮できる可能性があります」と著者らは書いている。

論文

• Nature Communications: Demonstration of quantum-digital payments

参考文献

• University of Venna: Quantum physics secures digital payments
• via Quantum Insider

研究の要旨

私たちの日常生活の多くの場面で、デジタル決済が物理的な紙幣に取って代わっている。銀行券と同様に、デジタル決済も使いやすく、一意性があり、改ざんされにくく、追跡不可能であり、さらにデジタル攻撃者やデータ漏洩に耐えるものでなければならない。現在の技術では、顧客の機密データをランダム化されたトークンで代用し、暗号文と呼ばれる暗号関数で決済の一意性を確保している。しかし、計算能力の高い攻撃はこれらの関数の安全性を侵害する。量子技術は、無限の計算能力に対しても防御できる可能性を秘めている。ここでは、量子光によって、本質的に解読不可能な量子暗号を生成することで、日々のデジタル決済の安全性を確保できることを示す。この方式を都市の光ファイバーリンク上で実装し、ノイズや損失依存攻撃に対する頑健性を示す。これまで提案されてきたプロトコルとは異なり、我々のソリューションは長期的な量子ストレージや信頼できるエージェント、認証されたチャネルに依存しない。近い将来の技術で実用可能であり、量子セキュリティの時代の到来を告げるものである。