Kako se pogovarjata Alica in Bob

Ptičje perje je grajeno iz beljakovinskih verig, ki jih glede na specifično strukturo imenujemo beta keratin. Vsako pero je zgrajeno iz velikega števila tako imenovanih radiusov ali vejic, ki zaradi svoje strukture odbijajo svetlobo v različnih barvah. Slednja torej ni določena preko barvil ali pigmentov, pač pa je odvisna od sipanja svetlobe skozi zračne reže med nanostrukturami beta keratina, ki gradi vsako tanko vejico peresa. Skupina raziskovalcev z Univerze v Sheffieldu je pokazala, kako se te nanostrukture, ki so odgovorne za barvo perja, med razvojem spreminjajo.

Barva enega peresa navadne šoje prehaja od ultravijolične preko modre do bele. S pomočjo mikroskopa na atomsko silo so posneli spužvasto strukturo keratina, ki določa barvo. Del perja, ki je obarvan modro in odbija tudi ultravijolično svetlobo, je sestavljen iz struktur, oddaljenih 150 nanometrov. Za belo obarvane dele  pa je značilna razdalja med strukturami 200 nanometrov. Nanostrukture nastajajo v času rasti peresa, ko je keratin še mobilen in se razporeja glede na ciljno barvo v tistem delu peresa.

Avtorji raziskave sklepajo, da se ta način obarvanosti površine telesa pojavlja tudi pri drugih pticah, plazilcih in dvoživkah. Odkritje pa lahko vodi tudi v smer razvoja obstojnejših barv sintetičnih materialov, saj bi bila barva odvisna od same strukture snovi in ne od dodanih barvil.

Švedski raziskovalni skupini sta pokazali, da je nekatere kvantne kriptografske metode mogoče pretentati. Način so matematično opisali, nato pa tudi eksperimentalno prikazali s pomočjo različno trajajočih laserskih pulzov.

Kriptografija je veda o varni komunikaciji ob prisotnosti možnih prisluškovalk. Klasično se zanašamo na takšno kodiranje sporočil, ki njihovo dešifriranje naredi računsko zahtevno oziroma dolgotrajno. Kvantni računski algoritmi pa po eni strani obljubljajo hitrejše reševanje tovrstnih klasičnih problemov, denimo hitro faktorizacijo naravnih števil, po drugi strani pa tudi nove metode tajne komunikacije.

Kvantna kriptografija izkorišča dobro poznano značilnost merjenja kvantnih sistemov. Namreč: ko skušamo o njih kaj izvedeti, jih z opazovanjem neizogibno do neke mere tudi spremenimo. Poimenujmo osebi, ki želita komunicirati, Alica in Bob. Zakodirano sporočilo lahko dešifrirata le, če imata šifrirni ključ. Za potrebe dešifriranja sporočila opravita torej kvantno delitev ključa.

Ena od možnih delitev šifrirnega ključa je Ekertov protokol. Izkorišča kvantno prepletenost, intimno povezavo dveh kvantnih sistemov, na primer fotonov. Če Alica in Bob prejmeta po enega v paru prepletenih fotonov, jih lahko uporabita kot način prenosa sporočila. Če so fotoni dodatno popolno prepleteni, lahko tudi ugotovita, ali njuni komunikaciji kdo prisluškuje. Vsako prestrezanje sporočila je namreč opazovanje kvantnega sistema, ki ga tudi spremeni. To pa bi sporočevalca zaznala, saj pari fotonov ne bi bili več popolnoma povezani.

V praksi je takšno popolno povezanost težko doseči. Članek, objavljen v reviji Science Advances, razkrije, da je v realističnih napravah za tovrstno komuniciranje poslani signal mogoče neopaženo prestreči in prebrati. To nas opomni, da bo za kriptografijo uporabne kvantne računalnike potrebnega še več raziskovalnega dela.

Svetlobo ptičjega perja sva prestrezala Urša in vajenec Junoš.