Нобелевская премия, квантовая запутанность и криптовалюта

Коротко

• Квантовые деньги — это деньги, созданные по принципу квантовой механики;

• Недавно самым гордым моментом для квантовой механики стала Нобелевская премия по физике в 2022 году;

• Характеристики "квантовой запутанности" стали незаменимой основой для глобальной конкуренции в области исследований и разработок квантовых технологий.

• Квантовая механика предупреждает не принимать решения в случае неприятностей. Возможно, теперь нам следует переосмыслить глубокий смысл этого предложения.

Введение

Когда мы говорим о квантовой запутанности, думаете ли вы, что однажды в будущем могут появиться квантовые деньги? Хотя до этого еще далеко, мы можем попытаться приоткрыть уголок таинственной завесы квантовых технологий. Возможно, в этом скрыто будущее криптомира.

Что такое квантовые деньги?

Квантовые деньги — это форма денег, разработанная на основе принципа квантовой механики, которая делает деньги, которые невозможно подделать. Эта концепция оказывает определенное влияние на развитие квантового распределения ключей.

Квантовые деньги — это форма денег. Она использует законы квантовой механики, чтобы гарантировать, что соответствующие деньги не могут быть скопированы, но в то же время их можно легко проверить. Эти характеристики делают ее идеальным средством обмена, как и обычные наличные деньги, без какого-либо риска подделки.

Эта идея была впервые предложена физиком Стивеном Визнером в 1970 году. Используемая концепция заключается в том, что любая попытка измерить неизвестное квантовое состояние неизбежно приведет к его разрушению. Напротив, процесс измерения известного квантового состояния сохраняет его. Визнер понял, что если детали квантового состояния хранятся в секрете (например, хранятся в секрете центральным банком), этот атрибут может быть использован для обеспечения подлинности квантовых денег и гарантии того, что они никогда не будут скопированы.

С тех пор идея квантовых денег стала очень влиятельной, легла в основу многих экспериментов и технологий квантовой криптографии и стала рутиной: протокол квантовых денег должен иметь эффективное и поддающееся подготовке состояние денег, эффективную публичную аутентификацию и неумолимость.

Нобелевская премия и квантовая запутанность

Недавно самым гордым моментом для квантовой механики стала Нобелевская премия по физике в 2022 году;

4 октября 2022 года Шведская королевская академия наук объявила, что Нобелевская премия по физике 2022 года будет присуждена французскому ученому Алену Аспекту, американскому ученому Джону Ф. Клаузеру и австрийскому ученому Антону Цайлингеру в знак признания их вклада в "эксперименты с запутанными фотонами, установление нарушения неравенств Белла и новаторством в квантовой информатики".

С момента рождения квантовой механики в начале прошлого века она породила такие крупные изобретения, как транзисторы и лазеры, которые научное сообщество называет первой квантовой революцией. В последнее время вторая квантовая революция, представленная квантовыми вычислениями и квантовой коммуникацией, снова набирает обороты. Шведская королевская академия наук сообщила в Бюллетене Нобелевской премии, что вклад трех лауреатов в эксперименты по квантовой запутанности в этом году "расчистил путь для новой технологии, основанной на квантовой информации".

Квантовая запутанность долгое время была одним из самых спорных вопросов в квантовой механике. Квантовая запутанность — это странное квантовомеханическое явление. Существует корреляция между двумя квантовыми состояниями в запутанном состоянии, независимо от того, насколько далеко они находятся друг от друга. Одно из квантовых состояний меняется, а другое состояние меняется мгновенно.

Долгое время некоторые физики, представленные Эйнштейном, скептически относились к квантовой запутанности, и Эйнштейн называл это "жутким действием на расстоянии". Они считают, что квантовая теория "неполна", и существует какое-то взаимодействие или передача информации между запутанными частицами, которые не наблюдались людьми, то есть "скрытая переменная".

В 1960-х годах физик Джон Стюарт Белл предложил "неравенство Белла", которое может быть использовано для проверки квантовой механики. Если неравенство Белла всегда выполняется, то квантовая механика может быть заменена другими теориями.

Чтобы проверить неравенство Белла, американский ученый Джон Фрэнсис Клаузер разработал соответствующие эксперименты, в которых для облучения атомов кальция используется специальный свет, чтобы испускать запутанные фотоны, а затем используется фильтр для измерения состояния поляризации фотонов. С помощью серии измерений Клаузер может доказать, что экспериментальные результаты нарушают неравенство Белла и согласуются с предсказаниями квантовой механики.

Однако этот эксперимент имеет ограничения, в том числе низкую эффективность экспериментального устройства в генерировании и улавливании частиц, а также фиксированный угол наклона фильтра. Исходя из этого, французский ученый Ален Аспект разработал новую версию эксперимента, и эффект измерения стал лучше. Аспект заполнил важную лазейку в эксперименте Клаузера и дал очень четкий результат: квантовая механика верна, и нет никакой "скрытой переменной".

Австрийский ученый Антон Цайлингер позже провел еще несколько экспериментов, чтобы проверить неравенство Белла. В одном из экспериментов использовались сигналы от далеких галактик для управления фильтром, чтобы гарантировать, что сигналы не будут влиять друг на друга, что еще раз подтвердило правильность квантовой механики. Зейлингер и его коллеги также продемонстрировали явление, называемое квантовой телепортацией, используя квантовую запутанность, то есть квантовое состояние передается от одной частицы к другой. Его команда также добилась значительного прогресса в исследованиях в области квантовой связи.

В официальном бюллетене Нобелевской премии говорится, что исследователи по всему миру нашли много новых методов использования мощных свойств квантовой механики, и все это благодаря вкладу трех лауреатов в этом году. Они устранили "препятствия", такие как неравенство Белла, и были высоко оценены многими известными СМИ как "расчищающие путь для новой технологии, основанной на квантовой информации".

Могут ли квантовые технологии переопределить криптовалюту?

Характеристики "квантовой запутанности" стали незаменимой основой для глобальной конкуренции в области исследований и разработок квантовых технологий. Типичным является квантовый компьютер с быстрым развитием технологий. Например, в 2019 году Google в Соединенных Штатах решила задачку, которой требуется 10000 лет вычислений самого сложного суперкомпьютера, примерно за 3 минуты.

Хотя квантовые деньги и называются деньгами, по способу использования они больше похожи на чек, потому что каждая транзакция должна быть подтверждена банком. В дополнение к уникальному номеру, напечатанному на каждой квантовой “банкноте”, существует также изолированная квантовая система с двумя квантовыми состояниями.

В дополнение к реальным деньгам, квантовые деньги также являются реальным направлением. Однако, в отличие от других распространенных криптовалют (таких как биткоин), квантовые деньги не могут быть созданы в соответствии с принципом отказа от клонирования. Компромисс заключается в использовании квантовых кодов с исправлением ошибок и хранении денег в разных частях. Когда часть денег повреждена, ошибка может быть исправлена.

Даже если деньги не проходят проверку банка, это не означает, что это должны быть поддельные деньги: это могут быть настоящие деньги, но их поверхность отклонения фотонов была изменена из-за влияния внешней среды, или они были измерены с неправильной подложкой (это может быть лицо, пытающееся изготовить фальшивые деньги, или сломанный детектор денег).

Таким образом, текущая формула квантовых денег имеет недостаток: процесс проверки может выполняться только доверенными учреждениями (такими как центральный банк), в противном случае детали квантового состояния будут храниться в тайне.

Однако появление децентрализованных валют, таких как биткоин и ETH, привлекло внимание людей к денежной системе, которая не требует централизованного контроля. Таким образом, это новое исследование нашло способ создания квантовых денег, которые могут быть проверены кем угодно: оно может полностью децентрализовать квантовые деньги без необходимости в блокчейне для безопасной записи транзакций.

Безопасность этого нового метода обеспечивается постквантовым шифрованием, и он может противостоять атаке квантовых компьютеров.

Наиболее многообещающая проблема связана с математической идеей "решетки", которая представляет собой многомерную решетку, образованную группой векторов. Точки в этой решетке соединены векторами разной длины, и эти векторы легко вычислить. Однако трудно найти кратчайший вектор в решетке, особенно когда решетка случайна.

Один из методов состоит в том, чтобы вычислить расстояние между всеми точками в случайной решетке и, наконец, найти вектор с наименьшим расстоянием. Но по мере того, как решетки становятся больше или содержат больше измерений, эту проблему становится трудно решить даже для квантовых компьютеров.

Метод, предложенный в этом исследовании, заключается в кодировании случайной решетки в квантовое свойство квантовой денежной единицы, которая может быть атомным массивом. Любой, кто хочет скопировать эти деньги, должен воспроизвести эту случайную сетку. Но это можно сделать только тогда, когда известен кратчайший вектор, и даже квантовые компьютеры не могут справиться с этой задачей.

Состояние квантовых денег в этом эксперименте представляет собой суперпозицию состояний на гауссовой сфере (отображение вектора каждой точки на поверхности объекта на сферу). Этот теоретический эксперимент может обеспечить сохранность средств, и его легко проверить, потому что квантовое состояние решетки обладает специфическими свойствами: любой пользователь может его протестировать.

Наконец, экспериментальные результаты "гауссовой сферы" сформируют физическую систему, которую нельзя скопировать, но которую легко проверить.

"Поскольку наше денежное состояние является физическим и осязаемым, их можно использовать как осязаемые, но не подлежащие оплате банкноты, но они также могут быть переданы как цифровые деньги по квантовым каналам". Андрей Хесин из Массачусетского технологического института и другие сказали, что все это было сделано покупателем и продавцом без каких-либо записей о транзакциях: точно так же, как обычные наличные деньги сегодня. "Проверка владения может быть завершена локально и в автономном режиме, без глобальной синхронизации с помощью блокчейна и других механизмов".

Однако, хотя вышеприведенная теория осуществима, мы должны понимать, что технологии, необходимой для реализации квантовых денег, не существует, не говоря уже о том, чтобы ее можно было использовать на рынке в больших масштабах, поэтому ее ограничения обсуждаются только теоретически.

Вывод

Квантовая механика предупреждает не принимать решения в случае неприятностей. Возможно, теперь нам следует переосмыслить глубокий смысл этого предложения.

Теперь впервые было доказано существование "квантовой запутанности", и она официально вышла на сцену мировой науки, что также является основой высокоскоростных вычислений в будущем. Считается, что с непрерывным прогрессом в квантовых исследованиях больше возможностей для инноваций и разработок будет предоставлено для будущей оценки финансовых рисков, блокчейна, искусственного интеллекта (ИИ) и других видов промышленного использования технологии.

Давайте с нетерпением ждем многообещающего будущего квантовых технологий в области блокчейна.

Автор: Gate.io, Аналитик: Joy Z. Переводчик: Николай Д.

Эта статья представляет собой только мнение аналитика и не представляет собой каких-либо инвестиционных советов.

Gate.io оставляет за собой все права на эту статью. Перепост статьи будет разрешен при условии ссылки на Gate.io. Во всех других случаях в связи с нарушением авторских прав будет возбужден судебный иск.