何為量子區塊鏈「時光機器」？將使區塊鏈無懈可擊！
鑒於量子信息技術受到的關注與日俱增以及Visser和Rajan的理論成果，人類或許會在不遠的將來就會實現在量子網路中運行極為安全的量子區塊鏈。
作者：Giulio Prisco
編譯：sky
紐西蘭惠靈頓維多利亞大學的兩位研究人員最近發表了一篇論文，描述一種新的量子區塊鏈技術。該技術能通過量子跨時間糾纏大幅提升未來運行在量子網路中的區塊鏈系統的安全性。
論文的資深作者Matt Visser是一位知名數學家及宇宙學家，撰寫了《人造黑洞》與《洛倫茲蟲洞》兩部著作。論文的第一作者Del Rajan是Visser研究組的一名博士生。
據IEEE Spectrum報道，Rajan表示：「以往的區塊鏈已經能夠與量子運算相結合，但區塊鏈本身卻一直未能量子化。我們目前推出的是第一套完全量子化的區塊鏈方案。」
他還表示：「預計到2027年，全球GDP總量中的10%會存儲在區塊鏈技術當中。」因此，極有必要設法鞏固區塊鏈網路的安全性。Visser和Rajan相信，他們構想的量子區塊鏈能使所有記錄在其中的數據受到無懈可擊的防篡改保護。
二人提出，可以對「不同時存在的光子之間的時間糾纏」加以利用。
量子糾纏，即讓愛因斯坦困惑不已的「鬼魅般的超距作用」，是指兩個有共同起源或曾經相互作用的相距遙遠的粒子之間存在關聯（即能相互影響）。
非局域的糾纏關聯似乎是瞬時實現的，即便不是，也至少比其它物理相互作用的發生快得多。多項實驗已證實，即便兩個相距極其遙遠以致受光速限制無法迅速交流信號的粒子也能迅速糾纏。
科學家發現，對於一對糾纏的粒子，對其中一個粒子的狀態進行測量會以一種目前不為人知的方式影響另一粒子的狀態。雖然根據科學家目前的共識，量子糾纏並不能用來以超光速發射信號，但它可以發揮重要的實際用途，比如量子計算及量子加密。
就加密而言，量子糾纏是一把雙刃劍。
一方面，即便目前最強大的加密演算法也有可能在未來被基於糾纏量子位（即：可以處於0和1疊加態的物理量子位）構造的量子計算機破解。
很多財力雄厚的組織（比如美國和中國等政府以及IBM、因特爾和微軟等科技巨頭公司）都在積極研發量子信息技術。
美國國家標準技術研究所（簡稱「NIST」）最近發布的一份報告指出，量子計算機可能不久之後就會出現，屆時會大大削弱現有加密演算法的功能甚至使其完全失效。
有鑒於此，如今的區塊鏈系統所使用的加密技術需要改變或升級。該報告從NIST於2016年發布的《有關後量子加密技術的報告》中摘錄了一張表，描述量子計算機對普通加密演算法的影響，概括而言：RSA加密演算法、橢圓曲線加密演算法（ECDSA和ECDH）及有限域加密演算法(DSA)不再安全，而AES、SHA-2及SHA-3加密演算法則需擴大密鑰及輸出規模。
另一方面，雖然量子糾纏使量子計算機能夠破解如今哪怕最強大的加密演算法，但它同樣能成就安全性能無懈可擊、得到基礎量子物理保障的量子加密演算法。量子密鑰分發技術可以利用糾纏的關聯偵測黑客試圖截獲加密密鑰的行為。
「糾纏」的概念本就讓人覺得不可思議，「時間上的糾纏」更是如此。但實際上，對於非局域的糾纏關聯，空間上的糾纏存在，時間上的糾纏同樣存在。
首次通過實驗證實「時間上的糾纏」存在的物理學家們曾寫道：「對最後一個光子進行測量會影響過去第一個光子的物理特性，即便在測量發生前也一樣。因此，『鬼魅般的作用』也操控著量子系統的過去。」
《麻省理工科技評論》雜誌解釋，Visser和Rajan的基本構思是把數據編碼到一個量子粒子中。「這個粒子就成為第一個量子區塊。當有新數據需要存儲時，就通過量子運算使第一個粒子和新粒子發生糾纏，從而令編碼到新粒子中的數據與第一個粒子中的數據關聯。
之後，丟棄第一個粒子。第一個區塊中的記錄就和第二個區塊形成了關聯。第三個區塊中的數據也以同樣的方式添加。量子區塊鏈於是形成。」
Visser和Rajan寫道：「對於我們設想的量子區塊鏈，可以把其編碼的過程理解為：使一個區塊中的現有記錄與過去實際做出的記錄關聯，而非與對過去的記錄關聯。
由於之前的光子已不存在，黑客即便想要篡改過去的記錄都無從下手。」因此，時間上的糾纏所提供的安全保障比空間上的糾纏強大得多。
「有關過往交易的記錄被編碼到跨時間分布的量子態中。」Rajan這樣總結。
「我們構想的區塊鏈相當於一台量子時光機器。」Visser補充道。
這聽上去很像天方夜譚，但實際上有嚴謹科學作為依據並受到現有技術的支撐。「本設計的所有子系統都已通過實驗實現。」Visser和Rajan寫道。
由於極其安全的交易網路能發揮廣泛的實際用途，因此建設這樣的網路可能會引起政府和企業界的興趣。
然而，由於目前的商用網路無法處理量子信息，因此量子區塊鏈無法在其中運行。不過Visser和Rajan強調，全球化量子通信網路的建設目前正取得重大進展。
「目前需要討論的問題早已不是我們是否需要全球化量子網路，而是這個網路將何時以及如何建成。」近日刊登在《自然光子學》(Nature Photonics)上的一篇評論文章這樣寫道。
在國營領域，中國政府正在建設量子密鑰分發衛星以及一條從北京到上海的2000多公里長的光纖鏈路。
在私營領域，韓國電信業巨頭SK電訊(SK Telecom)正投資6500萬美元，聯手瑞士量子信息公司ID Quantique開發可運用於電信以及物聯網市場的量子技術。
鑒於量子信息技術受到的關注與日俱增以及Visser和Rajan的理論成果，人類或許會在不遠的將來就會實現在量子網路中運行極為安全的量子區塊鏈。
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