Ένας συνδυασμός μαθηματικών και κβαντικών τεχνικών, ενσωματωμένος σε ένα σύστημα ψηφοφορίας, μπορεί θεωρητικά να εγγυηθεί ότι κάθε ψήφος μετριέται και παραμένει ανώνυμη. Η μέθοδος δοκιμάστηκε πλέον και αποδείχθηκε ότι λειτουργεί.
Πολλές χώρες χρησιμοποιούν κάποια μορφή ηλεκτρονικής ψηφοφορίας στις εκλογές τους και οι εταιρείες που κατασκευάζουν τις μηχανές διαθέτουν ένα ευρύ φάσμα εργαλείων για να αποτρέπουν κάθε παρέμβαση στη διαδικασία. Ωστόσο, η κβαντική φυσική έχει τη δυνατότητα να ανεβάσει αυτές τις δικλίδες ασφαλείας σε ένα νέο επίπεδο, εγγυώμενη ότι μια ψήφος δεν μπορεί ποτέ να υπονομευτεί.
Πριν από λίγα χρόνια, ερευνητές στη Γαλλία διατύπωσαν τη θεωρία πίσω από μια τέτοια κβαντική προσέγγιση στην ψηφοφορία. Τώρα, τόσο αυτοί όσο και μια δεύτερη, ανεξάρτητη ομάδα ερευνητών την έθεσαν σε δοκιμή στην πράξη.
Για να φανεί πώς λειτουργεί το πρωτόκολλο, ας υποθέσουμε μια ψηφοφορία με τέσσερα άτομα που αποφασίζουν αν θα φάνε για δείπνο μανιταρόσουπα ή stir-fry με τόφου. Θα μπορούσαν να ψηφίσουν με χαρτί και μολύβι, αλλά δεν εμπιστεύονται ο ένας τον άλλον, ούτε εμπιστεύονται κάποιον άλλον να διαχειριστεί αυτή τη μικρή εκλογική διαδικασία. Έτσι, στρέφονται στην κβαντική προσέγγιση.
Το πρωτόκολλο προβλέπει ότι χρειάζονται τέσσερις γύροι ψηφοφορίας, επειδή υπάρχουν τέσσερις ψηφοφόροι. Σε κάθε ψηφοφόρο δίνεται ένας μυστικός και μοναδικός «δείκτης» από το 1 έως το 4 και ψηφίζει μόνο στον γύρο που αντιστοιχεί στον δείκτη του. Όλοι λαμβάνουν επίσης μια μυστική μονάδα πληροφορίας, ή αλλιώς ένα bit, ίση με 0 ή 1. Κάθε bit είναι τυχαίο, όμως ο συνολικός αριθμός των 1 που μοιράζονται πρέπει να είναι άρτιος.
Σε κάθε γύρο ψηφοφορίας, όλοι όσοι δεν έχουν τον αντίστοιχο δείκτη μεταδίδουν το bit τους. Το άτομο με τον αντίστοιχο δείκτη κρατά το bit του ίδιο, για να ψηφίσει τη μανιταρόσουπα, ή το αλλάζει για να ψηφίσει τόφου. Για παράδειγμα, αν μια ψηφοφόρος, η Alice, έχει δείκτη 2 και της δοθεί bit 0, τότε στον πρώτο γύρο απλώς μεταδίδει το 0, μένοντας ουσιαστικά εκτός αυτού του γύρου. Στον δεύτερο γύρο, στέλνει 0 για να ψηφίσει μανιτάρια ή 1 για να ψηφίσει τόφου. Στη συνέχεια μένει ουσιαστικά εκτός των γύρων 3 και 4.
Μετά από κάθε γύρο, όποιος συλλέγει ή υποκλέπτει τις πληροφορίες της ψηφοφορίας βλέπει μόνο μια τυχαία ακολουθία από 1 και 0, χωρίς κανέναν τρόπο να καταλάβει ποιος έδωσε ποια ψήφο. Στο τέλος της διαδικασίας, οι ψήφοι μπορούν να καταμετρηθούν με τον έλεγχο του αν ο αριθμός των 1 παρέμεινε άρτιος ή όχι. Αυτό συμβαίνει επειδή κάθε φορά που κάποιος ψηφίζει τόφου, ο αριθμός των 1 αλλάζει. Έτσι, αν υπάρχουν περισσότεροι γύροι με περιττό αριθμό 1 από ό,τι με άρτιο, κερδίζει το τόφου.
Τι γίνεται όμως αν το άτομο που μοιράζει τα bits και τους δείκτες δεν είναι αξιόπιστο; Εδώ παρεμβαίνει η κβαντομηχανική, καθώς τα τέσσερα bits που χρησιμοποιούνται για την ψηφοφορία αντικαθίστανται από τέσσερα φωτόνια, δηλαδή σωματίδια φωτός, προετοιμασμένα σε μια συγκεκριμένη εμπλεγμένη κατάσταση.
Στα πειράματα που δοκίμασαν το πρωτόκολλο, αυτό σήμαινε ότι lasers έπεφταν σε έναν ειδικό κρύσταλλο, ο οποίος στη συνέχεια παρήγε τα φωτόνια. Η διαδικασία αυτή εξασφάλιζε ότι κανείς δεν θα μπορούσε εξαρχής να γνωρίζει τις ακριβείς λεπτομέρειες κάθε τετράδας bits, όμως οι φίλοι θα μπορούσαν να ψηφίσουν και να καταμετρήσουν τις ψήφους αλληλεπιδρώντας με το δικό τους φωτόνιο. Επιπλέον, οποιοσδήποτε κακόβουλος παράγοντας επιχειρούσε να αλλοιώσει ένα φωτόνιο θα μπορούσε να εντοπιστεί μετρώντας τις ιδιότητες των άλλων τριών.
Οι ερευνητές δοκίμασαν το πρωτόκολλο τόσο με δύο επιλογές και τέσσερις ψηφοφόρους όσο και με 16 επιλογές και οκτώ ψηφοφόρους.
Αυτά είναι καλά πειράματα απόδειξης της αρχής, λέει ο Mark Hillery από το Hunter College στη Νέα Υόρκη, ο οποίος δεν συμμετείχε στην έρευνα. Ωστόσο, η κλιμάκωση της μεθόδου σε μεγαλύτερες εκλογές παρουσιάζει αρκετές τεχνικές προκλήσεις, σημειώνει. Ιδίως επειδή οι εμπλεγμένες καταστάσεις είναι εύθραυστες και μέχρι σήμερα δεν έχουν μεταδοθεί σε μεγάλες αποστάσεις χωρίς να χάσουν τις ειδικές κβαντικές ιδιότητές τους.
Γι’ αυτό, η πιο πιθανή άμεση χρήση αυτού του πρωτοκόλλου ψηφοφορίας θα ήταν σε μικρότερες εκλογές, όπως σε μικρά συμβούλια, λέει ο Nicolas Laurent-Puig από το Πανεπιστήμιο της Σορβόννης στη Γαλλία, μέλος της αρχικής ομάδας.
Ο Joey Marcellino από το Πανεπιστήμιο της Γενεύης στην Ελβετία, που εργάστηκε στη δεύτερη ομάδα η οποία δοκίμασε το πρωτόκολλο, λέει ότι θα μπορούσε επίσης να τροφοδοτήσει έναν ασφαλή και ανώνυμο πίνακα μηνυμάτων ή να κατανείμει έναν μυστικό υπολογισμό σε πολλούς μη αξιόπιστους κβαντικούς υπολογιστές.
Physical Review Letters DOI: 10.1103/jlvb-t2x1
Physical Review Letters DOI: 10.1103/scjl-5ygh
Το παρόν κείμενο δημιουργήθηκε με τη χρήση τεχνητής νοημοσύνης.
