[論文レビュー] Quantum Blockchain using entanglement in time

Del Rajan, Matt Visser|RePEc: Research Papers in Economics|Apr 16, 2018

Quantum Computing Algorithms and Architecture被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、同時に存在しない時間的に分離した光子の時空的グリーンバーガー＝ホルン＝ツァイリング（GHZ）状態にデータを符号化する量子ブロックチェーンを提案する。時間的もつれを活用することで、古典的ブロックチェーンに比して量子的優位性を実現する。主な貢献は、空間的もつれではなく時間的もつれが、過去に対する非古典的影響を可能にし、内在的なセキュリティと改ざん防止記録手法を提供することにある。

ABSTRACT

We propose a conceptual design for a quantum blockchain. Our method involves encoding the blockchain into a temporal GHZ (Greenberger-Horne-Zeilinger) state of photons that do not simultaneously coexist. It is shown that the entanglement in time, as opposed to an entanglement in space, provides the crucial quantum advantage. All the subcomponents of this system have already been shown to be experimentally realized. Furthermore, our encoding procedure can be interpreted as nonclassically influencing the past.

研究の動機と目的

• 古典的暗号に依存しない、量子ネットワークに自然に統合可能な完全な量子ブロックチェーンの設計を目的とする。
• 量子コンピュータによる古典的ブロックチェーンのセキュリティ侵害という脅威に対処し、量子ネイティブな解決策を構築することを目的とする。
• 空間的もつれではなく時間的もつれが、ブロックチェーン設計において根本的な量子的優位性を提供するかどうかを検討することを目的とする。
• 提案されたシステムのすべての構成要素が、現在の技術で実験的に実現可能であることを示すこと。
• このシステムが量子ネットワーク化された時間機械の一種であるという概念的意味を調査することを目的とする。

提案手法

• 同時に存在しない光子の時間的GHZ状態にブロックチェーンデータを符号化し、準備と測定を異なる時刻に行う。
• 時間的に分離した光子間の非局所的量子相関を活用し、データの完全性と改ざん不能性を保証する。
• 後続の光子の測定結果が、すでに測定済みの過去の光子の物理的記述を後から変更できることを活用する。
• 各ブロックが時間的もつれによって接続されるようにブロックチェーンを設計し、古典的ブロックチェーンの暗号的ハッシュ化と類似した構造を実現する。
• 過去のブロックを改ざんしようとすると、もつれ構造が破壊され、全体のチェーンが無効化されることを保証する。
• 分散型合意形成と安全な通信を可能にするために、量子ネットワークフレームワークにシステムを統合する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 時間的もつれ（空間的もつれではなく）を用いて、完全に量子情報から構成されるブロックチェーンを構築できるか？
• RQ2 時間的もつれが、古典的または空間的もつれブロックチェーンに比べて優れた量子的優位性を提供するか？
• RQ3 符号化プロセスは、過去への非古典的影響として解釈可能であり、因果関係や情報の流れにどのような意味を持つのか？
• RQ4 このようなシステムのすべての構成要素が、現在のフォトニクス技術で実験的に実現可能か？
• RQ5 このシステムは量子ネットワーク化された時間機械と見なせるか？また、どのような実験的プローブを可能にするか？

主な発見

• 提案された量子ブロックチェーンは、非共存光子間の時間的GHZもつれを用いてデータを符号化し、量子非局所性による改ざん耐性を実現する。
• 量子的優位性の鍵となるのは空間的ではなく時間的もつれであり、過去の出来事への非古典的影響を可能にする。
• このシステムは、現在の測定が過去の出来事の物理的記述に影響を与える、量子ネットワーク化された時間機械の一種と解釈できる。
• 準備、測定、時間的もつれのすべての要件が、フォトニクス系で実験的に実証済みである。
• この設計は、既存の量子ネットワークと互換性があり、現在のフォトニクス技術（宇宙空間を介した量子リンクを含む）を用いて実装可能である。
• このフレームワークは、量子因果関係、タイムトラベルのパラドックス、量子情報における時間の基礎的性質を探索する新たな道を開く。