[论文解读] 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 4

一句话总结

本文提出一种量子区块链，将数据编码为不同时刻存在的光子的时序格林伯格-霍恩-蔡勒（GHZ）态，利用时间上的量子纠缠实现相对于经典区块链的量子优势。其关键贡献在于，时间纠缠而非空间纠缠，能够实现对过去的非经典影响，从而提供内在安全性，并开创一种防篡改记录保存的新机制。

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.

研究动机与目标

• 设计一种完全基于量子的区块链，可自然地集成到量子网络中，避免依赖经典密码学。
• 通过创建原生量子解决方案，应对量子计算机破解经典区块链安全性的威胁。
• 探究时间纠缠（而非空间纠缠）是否在区块链设计中提供根本性的量子优势。
• 证明所提出系统的全部组件均可通过现有技术实现。
• 研究该系统作为量子网络化时间机器的理论意义。

提出的方法

• 将区块链数据编码为在不同时间制备和测量、但不同时共存的光子的时序GHZ态。
• 利用时序分离光子之间的非局域量子关联，确保数据完整性和不可篡改性。
• 利用后续光子的测量结果可回溯性地影响先前已测量光子的物理描述的事实。
• 设计区块链时，通过时间上的量子纠缠连接各区块，类似于经典区块链中的密码哈希。
• 确保对过去区块的任何篡改都会破坏纠缠结构，从而使整个链条失效。
• 将系统整合到量子网络框架中，以实现分布式共识和安全通信。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否完全基于时间纠缠而非空间纠缠的量子信息构建区块链？
• RQ2 时间纠缠是否相较于经典或空间纠缠的区块链提供更优越的量子优势？
• RQ3 编码过程能否被解释为对过去的非经典影响？其对因果性和信息流意味着什么？
• RQ4 此类系统的全部组件是否均可通过当前光子技术实现？
• RQ5 该系统能否被视为一种量子网络化时间机器？它能开启哪些实验探测手段？

主要发现

• 所提出的量子区块链利用非共存光子之间的时序GHZ纠缠编码数据，通过量子非局域性实现防篡改性。
• 研究表明，时间纠缠而非空间纠缠是实现量子优势的关键资源，因为它能够实现对过去事件的非经典影响。
• 该系统可被解释为一种量子网络化时间机器，其中当前的测量可影响过去事件的物理描述。
• 所有必需组件——制备、测量以及时间纠缠——已在光子系统中得到实验验证。
• 该设计与现有量子网络兼容，可使用当前光子技术（包括空间量子链路）实现。
• 该框架为探测量子因果性、时间旅行悖论以及时间在量子信息中的基础性质开辟了新途径。