• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Kwantowe pieniądze

    20.07.2010. 23:37
    opublikowane przez: Jakub Juranek


    Niezwykłe właściwości spotykane w świecie mechaniki kwantowej mogą niebawem posłużyć do stworzenia niepodrabialnych pieniędzy przyszłości. Fizyka kwantowa może się wydawać abstrakcyjną dziedziną wiedzy, obfitującą w nie-intuicyjne prawa, które często zdają się być sprzeczne z naszym powszednim doświadczeniem. Jednak teoretyczne rozważania w jej ramach już niedługo mogą zaowocować rozwiązaniami w obszarach jak najbardziej związanych z codziennym życiem, dotyczących rzeczy tak podstawowych jak pieniądze, dzięki którym, jak mówi znane porzekadło: "kręci się świat".


    Jedną z najbardziej niezwykłych właściwości znanych z mechaniki kwantowej jest zjawisko kwantowej superpozycji. Polega ono na tym, iż obiekt kwantowego świata nie znajduje się w pojedynczym stanie, lecz we wszystkich możliwych stanach równocześnie. Zjawisko to, łączy się z drugą niezwykłą cechą mechaniki kwantowej, polegającej na tym, iż stan superpozycji zostaje nieodwracalnie zaburzony przez sam fakt obserwacji znajdującego się w nim obiektu. Właśnie te cechy są podstawą rozważań naukowców nad stworzeniem kwantowych pieniędzy, których najważniejszą zaletą byłaby odporność na fałszowanie.

    Jako pierwszy, już w 1968 roku, ideę tą zaproponował amerykański fizyk Stephen Wiesner. Przedstawił on wizję stworzenia banknotów zawierających rodzaj świetlnej pułapki, w której ujętych byłoby kilka tuzinów fotonów. Jako, że fotony są obiektami kwantowymi, każda próba pomiaru ich stanu, która byłaby konieczna do podrobienia banknotów, niszczyłaby jednocześnie ten stan, uniemożliwiając jego odczyt. W propozycji Wiesnera, unikalnym identyfikatorem takiej gotówki byłaby polaryzacja fotonów, która znana byłaby tylko emitującemu ją bankowi.

    Niestety, praktyczną trudnością w tym pierwszym pomyśle na kwantowe płatności, był problem sprawdzania autentyczności banknotów, który w proponowanym przez Wiesnera schemacie mógł być dokonywany tylko przez bank.

    Po tej pierwszej, pionierskiej pracy, idea kwantowych pieniędzy została niejako zapomniana na dłuższy czas, jednak powrócono do niej na fali coraz większego zainteresowania praktycznymi zastosowaniami fizyki kwantowej, jakie ma miejsce obecnie, a przejawia się w rozwoju kwantowej kryptografii i kwantowej informatyki.

    W czasach powszechnych transakcji elektronicznych wykorzystanie właściwości kwantowego świata wydaje się znacznie bardziej kuszące niż wcześniej, gdyż kwantowa waluta może nie tylko przybrać charakter niepodrabialnej, twardej gotówki, ale w postaci kubitów, czyli kwantowych bitów, zastąpić obecnie używane, cyfrowe pieniądze.

    Tak jak zwykły banknot czy moneta narażone są na skopiowanie, przez posiadających odpowiednio wyrafinowany sprzęt fałszerzy, tak największym mankamentem współczesnej elektronicznej gotówki jest względna łatwość, z jaką daje się kopiować klasyczny bit informacji. Powoduje to, że gdy używamy kart płatniczych, lub płacimy za towary online, w którymś momencie tego procesu następuje połączenie z bankiem, w celu zarejestrowania odpowiedniej transakcji " upraszczając - polegającej na skasowaniu informacji o pewnej sumie na naszym koncie i dodaniu jej do konta po drugiej stronie. Bez tej czynności cyfrowe pieniądze mogłyby teoretycznie być użyte po raz drugi i kolejny, ponadto mogłyby się mnożyć w nieskończoność. Tej wady nie posiadałyby pieniądze oparte o kwantowe kubity, jako, że takie bity nie mogą być kopiowane. Kwantowa gotówka przyszłości mogłyby, więc być po prostu transferowana pomiędzy, na przykład, klientem a sprzedawcą, bez pośrednictwa banku.

    Teoretyczne schematy tworzenia i obrotu kwantowymi pieniędzmi stają się coraz bardziej dopracowane. Stworzono nie tylko koncepcję "kwantowych banknotów", czyli kodowania informacji w postaci różnych konfiguracji stanów kwantowych dla tej samej denominacji, ale niedawno zaproponowano także pomysł "kwantowych monet", czyli cyfrowych pieniędzy, w których nominał byłby kodowany tylko przez ten sam, określony stan kwantowy. To ostatnie rozwiązanie posiada, poza niepodrabialnością, możliwością transferu oraz weryfikacją autentyczności bez kontaktu z bankiem, dodatkową zaletę w postaci anonimowości przeprowadzanych transakcji.

    Przyglądając się coraz szybszemu postępowi w tej dziedzinie, pozostaje nam tylko czekać, aż teoretyczne rozważania zamienią się w praktyczne rozwiązania, gdy będziemy mogli za pomocą karty płatniczej zawierającej kwantowy komputer, lub korzystając z "kwantowego Internetu" przyszłości, dokonywać szybkich, bezpiecznych i anonimowych transakcji. Póki, co warto przyglądać się rozwojowi badań w tym interesującym obszarze, gdyż teoretyczne prace nad kwantowymi pieniędzmi, same w sobie wnoszą coraz więcej wiedzy do fascynującej dziedziny, jaką jest mechanika kwantowa.

    Źródła:
    Aaronson, S. (2009). “Quantum Copy-Protection and Quantum Money." http://hdl.handle.net/1721.1/52007
    Farhi, E., Gosset, D., Hassidim, A., Lutomirski, A. i Shor, P. (2010). Quantum money from knots. arXiv:1004.5127v1
    Mosca, M. i Stebila, D. (2009). Quantum coins. arXiv:0911.1295v1
    Mullins, J. (2010). Quantum money: note perfect. New Scientist , 206 , 40 " 43. [pełną wersję artykułu można znaleźć tutaj]

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Kwantowa dystrybucja klucza (ang. Quantum key distribution, QKD ) – zespół procedur służących do przekazywania tajnych wiadomości z bezpieczeństwem zagwarantowanym przez podstawowe zasady mechaniki kwantowej. Kwantowa dystrybucja klucza umożliwia bezpieczną komunikację przy użyciu mechaniki kwantowej. Dwie strony mogą stworzyć losowy tajny klucz współdzielony, który może być później wykorzystany do szyfrowania i deszyfrowania wiadomości. Kwantowa dystrybucja klucza często nazywana jest błędnie kryptografią kwantową, tymczasem jest tylko najbardziej znanym zgadnieniem z tej dziedziny. Transakcja bezgotówkowa to forma płatności polegająca na tym, że żadna ze stron nie posiada pieniędzy w formie materialnej (gotówki). Dysponują tzw. pieniądzem elektronicznym, czyli elektronicznym przedstawieniem gotówki. Do transakcji bezgotówkowych zaliczamy: Zakaz klonowania – w mechanice kwantowej, to teoria zabraniająca tworzenia identycznych kopii nieznanego stanu kwantowego. Została zaproponowana przez Williama Woottersa, Wojciecha Żurka oraz Dennisa Dieksa w 1982 roku i ma ogromne znaczenie dla teorii mechaniki kwantowej oraz informatyki kwantowej.

    Bramki kwantowe – proste elementy wykonujące podstawowe obliczenia przeprowadzane przez algorytmy kwantowe. Bramki kwantowe stanowią podstawowe operacje realizowane przez komputery kwantowe i służą do przetwarzania informacji kwantowej. Bramki kwantowe na schematach obwodów kwantowych oznaczamy za pomocą ramek, a w obliczeniach stosujemy postać macierzy unitarnych. Teleportacja kwantowa (QT z ang. quantum teleportation) – w kwantowej teorii informacji technika pozwalająca na przeniesienie stanu kwantowego na dowolną odległość z wykorzystaniem stanu splątanego.

    Nominalistyczna teoria pieniądza – teoria, według której pieniądz jest tylko nazwą nadaną jednostce rachunkowej przez akt prawny władzy państwowej. Podważa ona zasadność teorii kruszcowej, uznającej, że jedynie metale szlachetne mogły pełnić funkcje pieniądza. Postulaty mechaniki kwantowej – podstawowe założenia mechaniki kwantowej, na podstawie których została opracowana cała teoria fizyczna i sformułowane ogólne prawa. Jako że mechaniki kwantowej, tak samo jak i innych teorii fizycznych, nie można wyprowadzić ani udowodnić, jej sformułowanie matematyczne oparte jest na szeregu założeń, zwyczajowo nazywanych postulatami. Ostatecznie o ich poprawności świadczy jedynie zgodność z doświadczeniem i wewnętrzna niesprzeczność teorii.

    Dekoherencja kwantowa, to w mechanice kwantowej proces opisujący oddziaływanie obiektu kwantowego z otoczeniem. Jest to fundamentalny proces tłumaczący w jaki sposób mechanika klasyczna może być rozumiana jako przybliżenie mechaniki kwantowej. Oddziaływanie z otoczeniem stanowi realizację kwantowego pomiaru, procesu który prowadzi do redukcji funkcji falowej. Dekoherencja zakłada oddziaływanie obiektu z otoczeniem w sposób nieodwracalny w sensie termodynamicznym, co niszczy interferencję między danym obiektem i otoczeniem. Innymi słowy dekoherencja eliminuje ewentualne splątanie układu kwantowego z otoczeniem. Dekoherencja może być rozumiana jako utrata informacji o układzie wskutek jego oddziaływania z otoczeniem. Artur Ekert (ur. 19 września 1961 we Wrocławiu) – fizyk prowadzący badania w zakresie podstaw mechaniki kwantowej oraz kwantowego przetwarzania informacji. Obecnie zajmuje on stanowiska profesora fizyki kwantowej na wydziale Matematyki Uniwersytetu Oksfordzkiego a także profesora honorowego Lee Kong Chian (Lee Kong Chian Centennial Professor) na Narodowym Uniwersytecie Singapuru oraz dyrektora Centrum Technologii Kwantowych działającego w ramach tego uniwersytetu.

    Pojęcie liczby kwantowej pojawiło się w fizyce wraz z odkryciem mechaniki kwantowej. Okazało się, że właściwie wszystkie wielkości fizyczne mierzone w mikroświecie atomów i cząsteczek podlegają zjawisku kwantowania, tzn. mogą przyjmować tylko pewne ściśle określone wartości. Na przykład elektrony w atomie znajdują się na ściśle określonych orbitach i mogą znajdować się tylko tam, z dokładnością określoną przez zasadę nieoznaczoności. Z drugiej strony każdej orbicie odpowiada pewna energia. Bliższe badania pokazały, że w podobny sposób zachowują się także inne wielkości np. pęd, moment pędu czy moment magnetyczny (kwantowaniu podlega tu nie tylko wartość, ale i położenie wektora w przestrzeni albo jego rzutu na wybraną oś). Wobec takiego stanu rzeczy naturalnym pomysłem było po prostu ponumerowanie wszystkich możliwych wartości np. energii czy momentu pędu. Te numery to właśnie liczby kwantowe.

    Harald Weinfurter (ur. 14 maja 1960 w Steyr) – profesor fizyki w Uniwersytetecie Ludwiga Maximiliana (niem. Ludwig-Maximilians-Universität München, LMU, Uniwersytet Monachijski). Specjalista w dziedzinie eksperymentów dotyczących podstaw mechaniki kwantowej, a w szczególności: kwantowej interferometrii ze skorelowanymi fotonami, kwantowego splątania, nierówności Bella, kwantowej komunikacji i przetwarzania informacji, kwantowej kryptografii i metrologii.

    Degeneracja (zwyrodnienie) - w fizyce kwantowej zwykle mianem degeneracji określa się sytuację, kiedy jednej wartości energii układu odpowiada wiele stanów kwantowych układu. Zmieniając warunki fizyczne, np. umieszczając go w polu magnetycznym, energie różnych stanów kwantowych mogą zmienić się w różnym stopniu, rozdzielając jeden poziom energetyczny na kilka. Znak pieniężny – emitowany przez państwo materialny znak posiadania przez okaziciela określonej ilości pieniądza. Znaki pieniężne emitowane są w formie monet i banknotów. Gwarantem wartości znaku pieniężnego jest państwo.

    Dodano: 20.07.2010. 23:37  


    Najnowsze