A kvantumpénz egy olyan pénzforma, amely a kvantummechanika sajátos törvényeit használja annak érdekében, hogy ne lehessen másolni, ugyanakkor könnyen ellenőrizhető legyen. Ezek a tulajdonságok ideális csereeszközzé teszik, akárcsak a közönséges készpénzt, de a hamisítás kockázata nélkül.
Az ötletet először Stephen Wiesner fizikus dolgozta ki 1970-ben azzal a gondolattal, hogy egy ismeretlen kvantumállapot mérésére tett kísérlet elkerülhetetlenül tönkreteszi, ezzel szemben egy ismert kvantumállapot mérése megőrzi azt.
Wiesner rájött, hogy ha a kvantumállapot részleteit titokban tartják, például egy központi bank által, akkor ezt a tulajdonságot fel lehetne használni a kvantumpénz valódiságának garantálására, miközben biztosítható, hogy azt soha ne lehessen lemásolni. Azóta a kvantumpénz ötletének óriási a befolyása, amely számos kísérlet és rutinná vált kvantumkriptográfiai technika alapját képezi.
Wiesner kvantumpénzének azonban van egy hátránya. Az ellenőrzési folyamatot csak egy megbízható hatóság, például egy központi bank végezheti el, amely egyébként titokban tartja a kvantumállapotok részleteit. Az olyan decentralizált valuták megjelenése azonban, mint a Bitcoin és az Ether, ráirányította a figyelmet azokra a monetáris rendszerekre, amelyek nem igényelnek központi irányítást.
Most Andrey Khesin és Peter Shor a Massachusetts Institute of Technology valamint Jonathan Lu a Harvard Egyetem kutatója cambridge-i munkája során megtalálta annak a módját, hogy olyan kvantumpénzt hozzanak létre, amelyet bárki ellenőrizhet, így az teljesen decentralizált, és nincs szükség blokkláncra a tranzakciók biztonságos rögzítéséhez. A felülvizsgálatra váró tanulmányuk az arXiv - tudományos elő- és utónyomatok számára fenntartott - nyílt hozzáférésű online tárházában olvasható.
Az új megközelítés biztonságát a kvantumszámítógépek támadásainak ellenálló posztkvantumtitkosítás egy formája adja. A posztkvantum titkosítás kulcsa az, hogy olyan problémákat találjunk, amelyeket még egy kvantumszámítógép is nehezen tud megoldani.
Az egyik legígéretesebb a rács matematikai elképzelés, egyfajta többdimenziós rács, amelyet vektorok halmaza alkot. E rács pontjait különböző hosszúságú vektorok kötik össze, amelyeket könnyű kiszámítani. A rácsban található legrövidebb vektorok megtalálásának problémája azonban nehéz, különösen akkor, ha a rács véletlenszerű - számolt be a Discover magazin.
Az egyik megközelítés a véletlenszerű rács összes pontja közötti távolság kiszámítása, amely végül megtalálja a legrövidebbet. De ahogy a rács egyre nagyobb lesz, vagy több dimenziót tartalmaz, ez a probléma elképesztően nehézzé válik, még egy kvantumszámítógép számára is.
A Khesin és társai által kidolgozott megközelítés az, hogy a véletlenszerű rácsot a kvantumpénz egy egységének kvantumtulajdonságaiba kódolják, esetleg egy atomi tömbként. Bárkinek, aki ezt a pénzt le akarja másolni, ezt a véletlenszerű rácsot kell reprodukálnia. Ez azonban csak akkor lehetséges, ha a legrövidebb vektorok ismertek, ami még egy kvantumszámítógépet is legyőz. Ez garantálja a pénz biztonságát. Emellett könnyen ellenőrizhető is, mivel a rács kvantumállapotának olyan sajátos tulajdonságai vannak, amelyeket bármelyik felhasználó tesztelhet.
Az eredmény egy olyan fizikai rendszer, amely nem másolható, de könnyen ellenőrizhető. "Mivel a pénzállapotaink fizikaiak, kézzelfogható, de hamisíthatatlan bankjegyként szolgálhatnak, de kvantumcsatornákon keresztül digitális pénzként is átvihetők" - mondják Khesin és társai.
Mindezt pedig működik a vevő és az eladó között a tranzakciók nyilvántartása nélkül, ahogyan ma a közönséges készpénzt is használják. "A tulajdonjog igazolása helyben és offline történhet, nincs szükség globális szinkronizálásra olyan mechanizmusokon keresztül, mint a blokkláncok" - mondja a kutatócsapat.
Ez érdekes munka, jelentős következményekkel. A decentralizált kriptovaluták egyik hátránya a blokklánc titkosításához és fenntartásához szükséges hatalmas energiaköltség. A Bitcoin esetében ez jelenleg úgy gondolják, hogy több energiát jelent, mint amennyit például egy nagy ország, Argentína fogyaszt, és ez hosszú távon egyértelműen fenntarthatatlan.
A kvantumpénzben megvan a potenciál, hogy ilyen többletköltség nélkül működjön. Emellett természetesen anonim, akárcsak a készpénz, ami népszerű tulajdonsága lesz. "A mi kvantumpénzünk olyan előnyöket is kínál, amelyeket a klasszikus kriptovaluták vagy a fizikai bankjegyek nem tudnak elérni" - állítják a kutatók. Használhatóvá azonban csak akkor válik majd, ha meglesz az infrastruktúra a kvantuminformációk egyszerű és olcsó továbbításához. Más szóval a kvantumpénzhez először egy teljes kvantuminternetre van szükség, amely biztosan, de csak lassan alakul ki.
Valószínűleg egy másik alkalmazás is előbb megvalósulhat. Khesin és társai felvetik annak lehetőségét, hogy ugyanez a technika másolásvédelmet is teremthet a kvantumvilágban. És vannak is ilyen irányú terveik. "A következő lépés a kvantumpénz algoritmus adaptálása egy olyan másolásvédelmi protokollhoz, amely megvédi a kvantumszámításokat (azaz egy áramkört) a másolástól". A kvantum másolásvédelem - még ha nem is a kvantumpénz - hamarosan valósággá válhat.
