使用时间纠缠的量子区块链（四）

摘要:在本文中，我们提出了一个量子区块链的概念设计。我们的方法涉及到将区块链编码成暂时的GHZ (Greenberger-Horne-Zeilinger)状态的光子，这种状态并不同时存在。结果表明，相对于空间纠缠，时间纠缠提供了关键的量子优势。该系统的所有子组件都已被实验实现，此外，我们的编码过程可以被阐释为对过去的非经典影响。

接上文：使用时间纠缠的量子区块链（三）

公式(9)左侧的下标表示所有区块的串接字符串，上标表示时间戳。时间戳允许将每个区块的字符串与临时GHZ态的二进制表示区分开来。注意，在t = nτ时，只有一个光子留存。

这个动力学过程可以用我们上面的例子来说明。接着前两个区块,系统创建区块链。连接第三区块然后产生。解码过程从状态(公式(9))中提取经典信息r1r2…r2n。在最近的工作中，与标准的层析成像技术相比，它展示了如何有效地表征任何这种临时生成的GHZ状态。而做到这一点不需要完整的光子统计测量，甚至不需要检测它们。上面的每一个操作都已经被明确地证明是实验可实现的，至少在简单的情况下是这样。

参考了时间纠缠系统的可扩展性。他们工作的关键意义是“任何数量的光子都是在相同的设置下产生的，解决了之前由于需要额外资源而导致的可扩展性问题。”因此，更大数目的纠缠光子态是可以实际实现的。我们的建议当然还没有满足量子区块链的当前工程考虑，但它显示了一条通向可扩展性的可见路径。

值得注意的是，在这个开发阶段，我们提倡一种新的量子信息技术的概念性数学设计。它应该被视为类似于早期的量子算法(Deutsch算法，Deutsch- jozsa算法)。在20世纪80年代，量子计算机的工程考虑没有被考虑进去。上世纪90年代，当舒尔的算法和格罗弗算法被开发出来时，量子计算机的实验实现几乎被视为一个不可能完成的项目。尽管如此，他们的工作仍然引起了更广泛的社会的兴趣。

4.量子网络

回想一下，一个经典的区块链系统有许多不同的组件:一个区块链数据结构，这个区块链数据结构在一个经典网络的每个节点上有一个副本，以及一个一致的网络算法来验证新区块的正确性(在将新区块添加到区块链之前)。

在我们的设计中，我们用量子网络代替了经典网络。此外如参考文件所示，数字签名被QKD协议覆盖。事实上，其他人在引入新的量子协议时就使用了这种方式。例如,本文介绍了θ协议，作者也在他们原来的工作上假定了QKD层。我们引用他们的论文:“假定验证方和各方共享用于通信的安全专用通道，可以通过使用一次性密码本（one-time pad）或量子密钥分发来实现。”

量子网络中的每个节点都有一个量子区块链的副本(公式(9));因此，如果一个节点篡改它自己的本地副本，它不会影响与经典情况类似的其他节点的副本。在复制并添加到每个节点的区块链之前，需要验证新区块(来自发送方)的正确性。由于正确的区块是GHZ纠缠态，因此需要验证测试来完成。

在的这个设计阶段，我们假设新生成的区块是空间GHZ状态(将其转换为相关的时间态在这个阶段的设计过程中是不必要的，可以留给以后的工作)。与经典案例一样，目标是以去中心的方式添加有效区块。而挑战在于，网络可能由不诚实的节点组成，而生成的区块可能来自不诚实的源。为了解决这个问题,可以使用θ协议量子网络，这是一个共识算法，量子网络中的随机节点可以验证不受信任的源创建的一个区块有效 (空间GHZ状态)。更重要的是，这是通过使用其他网络节点以一种去中心化的方式完成的，而这些节点也可能是不诚实的(拜占庭节点)。

（待续）

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原文名称：Quantum Blockchain Using Entanglement in Time

作者：Del Rajan,Matt Visser

原创翻译：区块链研究员（区块链Robin）

英文源自Victoria University of Wellington，译文有编辑及删减，如有侵权，请联系译者删除。

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编译者/作者：区块链研究员

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