[논문 리뷰] Quantum Blockchain using entanglement in time

Del Rajan, Matt Visser|RePEc: Research Papers in Economics|2018. 04. 16.

Quantum Computing Algorithms and Architecture인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 공존하지 않는 시간적 Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ) 상태의 광자들에 데이터를 인코딩하는 양자 블록체인을 제안하며, 시간에 따른 얽힘을 활용하여 고전적 블록체인에 비해 양자적 우월성을 제공한다. 주요 기여는 공간적 얽힘 대신 시간적 얽힘이 과거에 비고전적인 영향을 미칠 수 있도록 해, 본질적인 보안성과 위변조 방지 기록 보존을 위한 새로운 메커니즘을 제공한다는 점이다.

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.

연구 동기 및 목표

• 고전적 암호화 기법에 의존하지 않고 양자 네트워크에 자연스럽게 통합될 수 있는 완전한 양자 블록체인을 설계하기 위해.
• 양자 컴퓨터가 고전적 블록체인 보안을 해체할 수 있는 위협에 대응하기 위해 양자 네이티브 솔루션을 개발하기 위해.
• 공간 대신 시간에 따른 얽힘을 통해 블록체인 설계에서 기본적인 양자적 우월성이 제공되는지 탐구하기 위해.
• 제안된 시스템의 모든 구성 요소가 현재 기술로 실험적으로 실현 가능함을 보여주기 위해.
• 이 시스템을 양자 네트워크 기반 시계열 기계의 한 형태로 간주할 수 있는지, 그리고 어떤 실험적 탐색을 가능하게 하는지 탐색하기 위해.

제안 방법

• 서로 다른 시간에 준비되고 측정되지만 동시에 공존하지 않는 광자들의 시간적 GHZ 상태에 블록체인 데이터를 인코딩하기 위해.
• 시간적으로 분리된 광자들 간의 비국소적 양자 상관관계를 활용하여 데이터 무결성과 변조 불가능성을 보장하기 위해.
• 후행 광자의 측정 결과가 이미 측정된 이른바 광자의 물리적 기술을 후행적으로 영향을 미칠 수 있다는 사실을 활용하기 위해.
• 각 블록이 고전적 블록체인의 암호 해시와 유사하게 시간에 따른 양자 얽힘을 통해 연결되도록 설계하기 위해.
• 과거의 블록을 위변조하면 얽힘 구조가 손상되어 전체 체인의 유효성이 상실됨을 보장하기 위해.
• 분산된 합의 및 안전한 통신을 가능하게 하기 위해 시스템을 양자 네트워크 프레임워크에 통합하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 공간적 얽힘 대신 시간적 얽힘을 사용하여 양자 정보만으로 구성된 블록체인을 구축할 수 있는가?
• RQ2 시간적 얽힘은 고전적 또는 공간적 얽힘 블록체인에 비해 더 뛰어난 양자적 우월성을 제공하는가?
• RQ3 인코딩 과정은 과거에 비고전적인 영향을 미친다고 해석할 수 있으며, 이는 인과성과 정보 흐름에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 이러한 시스템의 모든 구성 요소가 현재 광학 기술로 실험적으로 실현 가능한가?
• RQ5 이 시스템은 양자 네트워크 기반 시계열 기계로 간주될 수 있으며, 어떤 실험적 탐색을 가능하게 하는가?

주요 결과

• 제안된 양자 블록체인은 공존하지 않는 광자들 간의 시간적 GHZ 얽힘을 사용하여 데이터를 인코딩하며, 양자 비국소성 덕분에 위변조에 저항하는 보안성을 확보한다.
• 양자적 우월성의 핵심 자원은 공간이 아닌 시간적 얽힘임이 입증되었으며, 이는 과거 사건에 비고전적인 영향을 미칠 수 있음을 의미한다.
• 이 시스템은 현재의 측정이 과거의 사건에 대한 물리적 기술을 후행적으로 영향을 미치는 방식으로, 양자 네트워크 기반 시계열 기계의 한 형태로 간주될 수 있다.
• 준비, 측정, 시간적 얽힘과 같은 모든 필수 구성 요소가 광학 시스템에서 실험적으로 입증된 바 있다.
• 이 설계는 기존의 양자 네트워크와 호환되며, 현재의 광학 기술(해저 및 위성 기반 양자 링크 포함)을 사용해 실현 가능하다.
• 이 프레임워크는 양자 인과성, 시계열 패러독스, 양자 정보 이론에서 시간의 기초적 성격을 탐구하는 데 새로운 길을 열어준다.