來自新西蘭惠靈頓維多利亞大學(xué)的兩位研究人員提出了一種新的量子區(qū)塊鏈技術(shù)，通過利用跨時間的量子糾纏，可以極大地增強未來在量子網(wǎng)絡(luò)上運行的區(qū)塊鏈系統(tǒng)，并保證其安全性。

資深作家馬特·維瑟（Matt Visser）也是著名的數(shù)學(xué)家和宇宙學(xué)家，他的著作有《人工黑洞》（Artificial Black Holes）和《洛倫茲蟲洞》（Lorentzian Wormholes）。

IEEE Spectrum分析師 Rajan說：“雖然以前有使用量子區(qū)塊鏈，但區(qū)塊鏈本身從來就不是量子?！薄拔覀冋诔尸F(xiàn)第一個完全的量子區(qū)塊鏈?！?/p>

“預(yù)計到2027年，全球GDP的10%可以存儲在區(qū)塊鏈技術(shù)上，”Rajan補充道。因此，尋找提高區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)安全性的方法是至關(guān)重要的。Visser和Rajan確信，他們的量子區(qū)塊鏈概念會允許對所有記錄和交易進行防水防篡改。

這兩位科學(xué)家建議在不同時共存的光子之間使用量子糾纏。

量子糾纏是困擾愛因斯坦的一種“遠距離額幽靈般的行為”，它表明了有著共同起源或在過去曾發(fā)生過相互作用的遠程量子粒子之間的相互關(guān)系。糾纏的非局域關(guān)聯(lián)似乎是瞬間的，或者至少它比其他物理交互傳播的速度要快得多。特別是在研究實驗室中反復(fù)確認，由于粒子之間的糾纏太過遙遠以至于不能以光速來交換信號。

結(jié)果表明，糾纏在一起的粒子的狀態(tài)會以微妙的方式影響其他粒子的狀態(tài)。然而，根據(jù)目前的科學(xué)共識，糾纏相關(guān)性不能用于發(fā)送比光速快的信號，而糾纏的重要實際應(yīng)用包括量子計算和量子加密貨幣學(xué)。

對于加密貨幣學(xué)來說，糾纏是一把雙刃劍。一方面，基于糾纏量子位的未來量子計算機——經(jīng)典零態(tài)和一種狀態(tài)的量子疊加中的物理量子位元有望打破當(dāng)今最強的加密貨幣技術(shù)。但是，量子信息技術(shù)是由擁有巨額預(yù)算的實體積極追求的，包括美國和中國政府，以及IBM、英特爾和微軟在內(nèi)的科技巨頭。

美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所（NIST）最近發(fā)布的一份報告指出，在不久的將來可以開發(fā)的實用的量子計算機，將能夠極大地削弱現(xiàn)有的加密貨幣計算方法。

這可能導(dǎo)致需要更改或更新今天的區(qū)塊鏈系統(tǒng)中使用的加密技術(shù)。該報告提供了一份來自NIST 2016年“量子加密貨幣報告”的表格，描述了量子計算對常用加密貨幣算法的影響。綜上所述，RSA、橢圓曲線加密學(xué)（ECDSA和ECDH）和有限域加密學(xué)（DSA）應(yīng)該被人們認為是不安全的了。AES、SHA-2和SHA-3應(yīng)該使用更大的計算能力。

另一方面，雖然量子糾纏使強大的量子計算機能夠很快突破今天最好的加密計算能力，但它也使量子加密貨幣學(xué)具有無法破解的安全性，這是由量子物理本身所能夠保證的。量子區(qū)塊鏈技術(shù)利用相互糾纏的關(guān)聯(lián)來檢測竊聽者截獲加密密鑰的企圖。

如果量子糾纏聽起來很怪異，那么時間糾纏聽起來就更奇怪了。結(jié)果表明，非局域糾纏關(guān)聯(lián)不僅跨越空間，而且跨越時間。

Visser和Rajan的基本思想是將數(shù)據(jù)編碼在量子粒子上，麻省理工學(xué)院技術(shù)評論解釋道。“這將成為第一個量子區(qū)塊鏈。當(dāng)有更多的數(shù)據(jù)可用時，這將與來自第一個粒子的數(shù)據(jù)結(jié)合在一起，在量子操作中將其與第二個粒子糾纏在一起。然后丟棄前者，使第一個事務(wù)塊的記錄與第二個事物塊的記錄進行合并?？梢杂猛瑯拥姆绞教砑觼碜缘谌齻€塊的數(shù)據(jù)，從而創(chuàng)建一個鏈?！?/p>

Visser和Rajan注：“在我們的量子區(qū)塊鏈中，我們可以把我們的編碼將當(dāng)前記錄鏈接到一個塊中，而不是鏈接到過去的記錄。攻擊者甚至不能嘗試訪問先前的光子，因為它們已經(jīng)不存在了?！币虼耍瑫r間糾纏比在空間糾纏具有更大的安全效益。

Rajan總結(jié)道：“這就是將過去事務(wù)的記錄被編碼到一個跨時間傳播的量子態(tài)中?！?/p>

“這項工作可以看作是一個量子時間機器，”Visser補充道。

這聽起來可能像是科幻小說，但它得到了堅實的科學(xué)和現(xiàn)有技術(shù)的支持。所有設(shè)計的子系統(tǒng)已經(jīng)被證明是實驗過了的。此外，研究者表明：創(chuàng)建高度安全的交易網(wǎng)絡(luò)的實際應(yīng)用也可能會引起政府和公司的興趣。

量子區(qū)塊鏈不能在當(dāng)今商業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)之上實現(xiàn)，因為這些網(wǎng)絡(luò)不是為處理量子信息而設(shè)計的。然而，Visser和Rajan強調(diào)，目前在建立一個全球量子網(wǎng)絡(luò)方面正在取得重大進展。

最近發(fā)表在《自然光子學(xué)》雜志上的一篇評論文章說：“我們已經(jīng)到了這樣的地步，所要面臨的問題不再是我們是否將建立一個全球量子網(wǎng)絡(luò)，而是何時以及如何實現(xiàn)它了?！?/p>

在強大的國家行動者中，中國正在研制量子密鑰分配衛(wèi)星和一條從北京到上海長達2000多公里的光纖線路。在私營部門，韓國電信巨頭SK telecom正在投資6500萬美元，與瑞士量子信息公司ID QuanTIque合作，為電信和物聯(lián)網(wǎng)市場開發(fā)量子技術(shù)。

鑒于人們對量子信息技術(shù)的興趣日益高漲，以及從Visser和Rajan的理論工作來看，在未來的量子網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)高度安全的量子分組鏈似乎是有道理的。