Wiele krajów korzysta w czasie swoich wyborów z jakiejś formy elektronicznego głosowania. Zaś firmy produkujące odpowiednie urządzenia dbają, aby uniemożliwić ingerencję w głosowanie. Jednak dzięki fizyce kwantowej można by podnieść poziom zabezpieczeń – tak, aby oddany głos nie mógł zostać podważony, wszystkie zostały policzone i jednocześnie zachowane w całkowitej tajemnicy.

Już kilka lat temu francuscy naukowcy z Sorbony opracowali teorię stojącą za kwantowym podejściem do głosowania. Teraz razem z zespołem badaczy z Uniwersytetu Genewskiego w Szwajcarii przetestowali ją w praktyce.

Przyjmijmy, że mamy cztery osoby, które głosują, by wybrać jedną z dwóch możliwości, i w przeprowadzeniu miniwyborów nie ufają ani sobie nawzajem, ani nikomu innemu.

Protokół kwantowy mówi, że potrzebne są cztery rundy głosowania, ponieważ jest czterech wyborców. Każdemu wyborcy przydzielany jest tajny i unikalny „indeks” od 1 do 4, i głosuje tylko w rundzie, która odpowiada jego indeksowi. Wszyscy otrzymują również tajną jednostkę informacji, czyli bit, równy 0 lub 1. Każdy bit jest losowy, ale łączna liczba wydanych jedynek musi być parzysta.

W każdej rundzie głosowania każdy, kto nie ma pasującego indeksu, przekazuje swój bit. Osoba z pasującym indeksem zachowuje swój bit, aby głosować na pierwszą opcję, lub zmienia go, aby głosować na drugą. Na przykład jeśli wyborczyni ma indeks 2, i otrzymuje 0 jako bit, to w rundzie 1 po prostu przekazuje 0, skutecznie odkładając tę rundę. W rundzie 2 wysyła 0, aby zagłosować na pierwszą opcję, lub 1, aby zagłosować na drugą. Następnie w praktyce odpuszcza rundy 3 i 4.

Po każdej rundzie każdy, kto zbiera lub kradnie informacje o głosowaniu, widzi jedynie losową sekwencję jedynek i zer, bez możliwości rozróżnienia, kto na co głosował. Po zakończeniu głosowania głosy można zliczyć, sprawdzając, czy liczba jedynek pozostała parzysta, czy nie. Dzieje się tak, ponieważ za każdym razem, gdy ktoś głosuje na drugą opcję, liczba jedynek się zmienia, więc jeśli jest więcej rund z nieparzystą liczbą jedynek niż z parzystą, druga opcja wygrywa.

Ale co, jeśli osoba rozdająca bity i indeksy jest niewiarygodna? Tu właśnie wkracza mechanika kwantowa, ponieważ cztery bity używane do głosowania są zastępowane czterema fotonami, czyli cząsteczkami światła, przygotowanymi w określonym stanie splątania.

W eksperymentach testujących protokół polegało to na wysyłaniu impulsu lasera do specjalnego kryształu, który następnie wytwarzał fotony. Ten proces gwarantował, że nikt nie mógł poznać dokładnych szczegółów każdego czterobitowego zbioru od samego początku, ale uczestnicy mogli głosować i zliczać głosy, wchodząc w interakcję z własnym fotonem. Co więcej, każdego, kto próbowałby manipulować fotonem, można było wykryć, mierząc właściwości pozostałych trzech.

Naukowcy przetestowali protokół zarówno z dwoma wyborami i czterema wyborcami, jak i z 16 wyborami i ośmioma wyborcami (https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/scjl-5ygh oraz https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/jlvb-t2xl).

Jednak skalowanie podejścia do większych wyborów stwarza kilka wyzwań technicznych. Co istotne, stany splątane są kruche i jak dotąd nie były przesyłane na duże odległości bez utraty swoich szczególnych właściwości kwantowych.

Z tego powodu najbardziej prawdopodobne zastosowanie tego protokołu głosowania w najbliższej przyszłości mogłoby mieć miejsce w mniejszych wyborach, na przykład w małych radach.

Paweł Wernicki (PAP)

pmw/ zan/