什么是量子区块链？ （量子区块链起源与概念解析）

在一项新的研究中，科学家们提出了一种“量子区块链”的概念设计量子比特币，可以使区块链系统免受量子计算机黑客的攻击。 新的编码程序可以被解释为非经典地影响过去； 因此，这个去中心化的量子区块链可以被视为一个量子网络时间机器。

区块链是一种经典类型的数据库，用于存储与过去相关的信息，例如财务或其他交易历史记录。 其独特的设计使其难以篡改，并且不需要中央机构来维持其持续的准确性。 区块链最著名的应用是比特币，但近年来各种初创公司、财团和研究项目探索了区块链技术的许多其他潜在用途。

根据 2015 年世界经济论坛的一项调查：到 2027 年，预计全球 GDP 的 10% 将存储在区块链技术中。

但区块链可能会面临另一项即将出现的重大技术——量子计算机的麻烦。 传统计算机通过打开和关闭晶体管将数据表示为 1 和 0，而量子计算机使用量子位。 由于量子物理学的部分超现实性质，量子位可以同时处于 0 和 1 的叠加状态。

叠加允许一个量子位同时执行两个计算量子比特币，如果两个量子位通过称为纠缠的量子效应连接起来，它们可以同时执行 2²（或四个）计算； 三个量子位可以进行 2³（即 8）次计算，等等。 理论上，具有 300 个量子位的量子计算机可以在瞬间执行比可见宇宙中的原子更多的计算。 足够强大的量子计算机可以成功破解所有当前的加密系统，包括用于保护（经典）区块链的加密协议。

20个量子比特可以并行存储大约100万个值。 | 图片来源：Kurzgesagt

现在，新西兰惠灵顿维多利亚大学的理论物理学家提出了一种能够抵抗量子计算机黑客攻击的量子区块链。 该系统的所有组件都已通过实验实现。 该研究的主要作者 Del Rajan 表示：“之前已经有研究证明区块链可以与量子运算一起工作，但区块链本身从来都不是量子的。我们推出的是第一个全系列的量子区块链。”

量子区块链理论上依赖于量子纠缠。 当两个或多个粒子（如光子）纠缠在一起时，无论它们相距多远，它们都能产生瞬时的相互影响。 爱因斯坦称这种现象为“幽灵般的超距作用”。 .

量子计算机和其他量子技术通常依赖于空间纠缠。 但新的量子区块链依赖于时间纠缠——也就是说，两个或多个粒子通过纠缠连接在一起，无论它们在时间上相距多远。

传统的区块链将收集到的数据放入区块中，并使用加密算法将每个区块按时间顺序连接在一起。 如果黑客试图篡改特定块，则加密旨在在该块被篡改后使该块之后的所有块无效。

在量子区块链中，区块中的记录被编码为一系列相互纠缠的光子。 这些块通过时间纠缠按时间顺序连接在一起。

当构成量子区块链的块通过量子计算机网络相互传输时，编码每个块的光子被创建，然后被构成网络的节点吸收。 然而，纠缠在时间尺度上将这些光子连接起来，即使是不同时存在的光子。

“关于过去交易的记录被编码成随时间变化的量子状态，”拉詹说。

在这种情况下，黑客无法篡改过去的任何光子编码记录，因为那些光子在当前时间已不存在——它们早已被吸收。 黑客最多能做的就是尝试篡改最新的光子（即最新的区块）。 成功执行此类操作将使该块无效，从而告诉其他块它已被黑客入侵。 “从理论上讲，这比攻击者可以篡改任何区块的标准情况更安全，”Rajan 说。

对于时间纠缠，测量一个块中的最后一个光子会影响该块中的第一个光子，然后再进行测量。 区块链的当前记录与过去的记录相关。 在量子区块链中，过去的记录本质上是不存在的记录。 “这项工作可以被认为是一台量子时间机器，”惠灵顿维多利亚大学的理论物理学家 Matt Visser 说。