量子纠缠能重新定义加密货币吗？

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2022-12-15 网络 网络

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概括

量子货币是一种基于量子力学设计的货币；

最近，量子力学最出格的事情莫过于2022年的诺贝尔物理学奖；

“量子纠缠”的特性如今已成为全球研发竞争激烈的量子技术不可或缺的基础。

千方百计，量子力学。 或许现在我们应该重新思考这句话的深刻内涵。

介绍

说到量子纠缠，你觉得未来哪天可能会出现量子货币。 虽然感觉很遥远，但我们也可以试着揭开量子技术神秘面纱的一角，或许加密世界的未来就藏在其中。

什么是量子货币？

量子货币是根据量子力学原理设计的一种货币，可以防止货币被伪造。 这一概念对量子密钥分发的发展产生了一定的影响。

量子货币是一种利用量子力学定律确保相关货币无法被复制，但同时又易于验证的货币形式。 这些特性使其成为理想的交换媒介，就像普通现金一样，而且没有任何伪造风险。

这个想法最初由物理学家斯蒂芬·维斯纳 (Stephen Wiesner) 于 1970 年提出，使用的概念是任何测量未知量子态的尝试都将不可避免地破坏它。 相反，测量已知量子态的过程会保留它。 威斯纳意识到，如果量子态的细节被保密（例如由中央银行保密），则可以使用此属性来保证量子货币的真实性，同时确保它永远不会被复制。

从那时起，量子货币的思想变得非常有影响力，形成了许多实验和量子密码学的基础，并成为常规：一个量子货币协议必须具有有效的现成货币状态、有效的公共认证和不可伪造性。

诺贝尔奖与量子纠缠

近期让量子力学最出圈的，莫过于2022年的诺贝尔物理学奖。

2022年10月4日，瑞典皇家科学院宣布将2022年诺贝尔物理学奖授予法国科学家阿兰·阿斯佩、美国科学家约翰·克劳斯和奥地利科学家安东·蔡林格，以表彰他们在“光子纠缠”方面的贡献实验、验证违反贝尔不等式和开拓量子信息科学”。

自上世纪初量子力学诞生以来，催生了晶体管、激光器等重大发明。 这被科学界称为第一次量子革命。 近期，以量子计算和量子通信为代表的第二次量子革命再次兴起。 瑞典皇家科学院在诺贝尔奖公报中表示，今年三位获奖者在量子纠缠实验方面的贡献“为当前量子技术领域的革命奠定了基础”。

长期以来，量子纠缠一直是量子力学中最具争议的问题之一。 量子纠缠是量子力学中的一种奇异现象。 无论处于纠缠状态的两个量子相距多远，都存在关系。 其中一个量子态发生变化。 对方的状态瞬间发生了相应的变化。

长期以来，以爱因斯坦为代表的一些物理学家对量子纠缠持怀疑态度。 爱因斯坦称之为“远距离幽灵般的行动”。 他们认为，量子理论是“不完备的”，纠缠粒子之间存在某种人类未曾观察到的相互作用或信息传递，即“隐变量”。

1960年代，物理学家约翰·贝尔提出了可用于验证量子力学的“贝尔不等式”。 如果贝尔不等式始终成立，那么量子力学可能会被其他理论所取代。

为了验证贝尔不等式，美国科学家约翰·克劳斯设计了相关实验，利用特殊光线照射钙原子，从而发射出纠缠光子量子比特币，然后利用滤光片测量光子的偏振态。 经过一系列测量，克劳斯能够证明实验结果违反了贝尔不等式，符合量子力学的预测。

但该实验有局限性，包括实验装置在产生和捕获粒子方面效率低下，以及过滤器处于固定角度这一事实。 在此基础上，法国科学家阿兰·阿斯佩设计了新版实验，测量结果更佳。 阿斯佩填补了克劳斯实验中的一个重要漏洞，并提供了一个非常明确的结果：量子力学是正确的，不存在“隐变量”。

今天，奥地利科学家安东·蔡林格后来对贝尔不等式进行了更多的实验验证。 其中一项实验使用来自遥远星系的信号来控制滤波器，确保信号不会相互干扰，进一步证实了量子力学的有效性。 Zeilinger 及其同事还使用量子纠缠来证明一种称为量子隐形传态的现象，即量子状态从一个粒子转移到另一个粒子。 他的团队在量子通信等领域也取得了多项研究进展。

诺贝尔奖官方公报说，由于今年三位获奖者的贡献，世界各地的研究人员发现了许多利用量子力学强大特性的新方法。 他们一扫贝尔不等式等“障碍”，被多家知名媒体称赞“他们的成果为基于量子信息的新技术扫清了道路”。

量子技术能否重新定义加密货币？

“量子纠缠”的特性如今已成为全球研发竞争激烈的量子技术不可或缺的基础。 一个典型的例子是技术发展迅速的量子计算机。 比如2019年，美国的谷歌在3分钟左右的时间内解决了一个用最先进的超级计算机需要1万年才能解决的问题。

量子货币虽然被称为货币，但使用起来更像支票，因为每一笔交易都需要经过银行的验证。 除了每个量子货币上印有唯一的数字外，它还有一个具有两个量子态的孤立量子系统。

除了物理货币，量子货币也是一个可行的方向。 但是，与其他流行的加密货币（如比特币等）不同，量子货币根据不可克隆的原则是无法备份的。 一个折衷方案是使用量子纠错码，将货币分块存储在不同的地方，这样如果其中一个部分损坏，可以恢复错误。

即使一枚货币没有通过银行的检验，也不一定就是假币：它可能是真币，只是其光子偏振面被外界环境改变了，或者是测错了基数（可能是有人试图制造假币，或者是破损的验钞机）。

因此，目前量子货币的制定有一个缺陷：验证过程只能由受信任的机构（如中央银行）执行，否则量子态的细节将保密。

然而，比特币和以太坊等去中心化货币的出现引起了人们对不需要集中控制的货币系统的关注。 因此，新的研究找到了一种创建任何人都可以验证的量子货币的方法：它可以完全去中心化，而不需要区块链来安全地记录交易。

这种新方法的安全性来自后量子加密，可以抵抗量子计算机的攻击。

最有前途的问题之一涉及“格子”的数学思想，即由一组向量形成的多维格子。 这个格子中的点由不同长度的向量连接，这些向量很容易计算。 然而，在格中找到最短向量的问题被证明是困难的，尤其是当格是随机的时。

一种方法是计算随机格中所有点之间的距离，最终找到距离最短的向量。 但随着晶格变大或包含更多维度，问题变得棘手，即使对于量子计算机也是如此。

本研究提出的方法是将随机晶格编码为量子货币单位的量子特性，可以是原子阵列。 任何想要复制这种货币的人都必须复制这个随机网格。 但这只有在已知最短向量的情况下才能完成，这是一项连量子计算机都无法处理的任务。

本实验中量子货币的状态表现为高斯球面上状态的叠加（将物体表面每个点的矢量映射到球体上）。 这个理论实验保证了资金的安全，而且很容易验证，因为晶格的量子态具有某些特性：它可以被任何用户测试。

最终，“高斯球体”的实验结果将形成一个无法复制，但易于检验的物理系统。

“由于我们的货币状态是有形的，它们可以用作有形但不可伪造的纸币，但它们也可以通过量子通道作为数字货币进行转移。” 安德烈·凯辛等人。 完成，没有任何交易历史：就像今天使用普通现金一样。 “所有权的验证可以在本地和离线进行，不需要通过区块链等机制进行全球同步。”

不过，虽然上述理论是可行的，但我们必须认识到，实现量子货币所需的技术目前还不存在量子比特币，更谈不上在市场上大规模使用，因此其局限性只是理论上的探讨。

结语

千方百计，量子力学。 或许现在我们应该重新思考这句话的深刻内涵。

如今，“量子纠缠”首次得到证实，正式登上世界科学舞台，也是未来高速计算的基础。 相信随着量子研究的不断进步，将为未来的金融风险评估、区块链、人工智能（AI）等行业应用带来更多的创新和发展空间。

让我们共同期待量子技术在区块链领域的美好未来。

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