cryptocurrency و محاسبات کوانتومی

ستون View View Column AV- 195 کلمات کلیدی: Cryptocurrency ، رمزنگاری ، بیت کوین ، Quit ، محاسبات کوانتومی ، blockchain ، Nonce منتشر شده در شماره ژوئیه-آگوس ت-2018 مجله علمی تخیلی و واقعیت ؛این ستون 03/19/2018 نوشته و ارسال شده است و دارای حق چاپ است © 2018 توسط جان G. Cramer. کلیه حقوق محفوظ است. هیچ بخشی از هر شکلی بدون اجازه صریح نویسنده قابل تولید نیست.

در سال 2017 ، Cryptocurrency Bitcoin بارها و بارها با شروع از ابتدای سال با ارزش حدود 1000 دلار در هر واحد ، به بیش از 19000 دلار در ماه دسامبر صعود کرد و سپس به طرز فجیعی به زیر 8000 دلار رسید ، جایی که از آن زمان باقی مانده است. به نفع افشای کامل باید بگویم که سال گذشته حدود 11K دلار در سه ارز رمزنگاری سرمایه گذاری کردم. در این نوشتار در اواسط ماه مارس ، سرمایه گذاری من ، که بیش از یک عامل دو نفر ارزش خود را داشته است ، کاهش یافته است و اکنون به سختی می شکند.

همچنین در سال 2017 ، IBM عملکرد اولیه یک رایانه کوانتومی 20 بابینی را که آنها بصورت آنلاین در دسترس قرار داده بودند ، اعلام کرد و Google با اعلام توسعه یک کامپیوتر کوانتومی 49 کیلوگرم ، 29 برابر بهتر انجام داد تا تا پایان سال به بهره برداری برسد. مایکروسافت ، که در حال تهیه نسخه مقاوم در برابر دفع محاسبات کوانتومی بر اساس توپولوژی سیستم های دو بعدی است ، یک زبان کد نویسی جدید برای محاسبات کوانتومی منتشر کرد. همه چیز در سال 2017 سریع حرکت کرد.

این دو چیز از نظر سطحی تحولات نامربوط است ، اما آنها با استفاده از پیش نمایش اکتب ر-2017 توسط D. Aggarwal و همکاران مستقر در سنگاپور و استرالیا به هم گره خورده اند. این گروه با جزئیات بیشتر تأثیر مورد انتظار محاسبات کوانتومی بر روی ارزهای رمزنگاری شده مانند بیت کوین را بیان کرد و به نظر می رسد تأثیرات منفی تر از مثبت است.

بگذارید این بحث را با بررسی آنچه ارزهای رمزنگاری شده و محاسبات کوانتومی چیست ، شروع کنم. ارزهای عادی مانند دلار آمریکا ، پوند انگلستان و یورو اتحادیه اروپا ، چه به صورت صورتحساب های چاپی یا مانده های بانکی ، ارزش (الف) دارند زیرا آنها توسط دولتهای قابل اعتماد صادر می شوند و از آنها حمایت می شوند که کنترل ارزش آنها را دارندو ثبات ، (ب) از آنجا که می توان آنها را در بانکهایی ذخیره کرد که لژرهای قابل اعتماد از معاملات مالی را نگه می دارند تا دو بار از هزینه همان ارز در محل جلوگیری کنند ، و (ج) زیرا صرافی های تنظیم شده به افراد امکان می دهد تا ارزها را بخرند و بفروشند و حدس بزننددر افزایش یا کاهش ارزش آنها ، به ثبات آنها کمک می کند. بانک ها و مبادلات به طور معمول هزینه ای را برای هر معامله ای که گاهی اوقات کوچک و گاه قابل توجه است ، استخراج می کنند و نوعی "اصطکاک" را به سیستم معرفی می کنند. علاوه بر این ، معمولاً قبل از اتمام معامله معین ، تأخیر زمانی قابل توجهی وجود دارد. همچنین در بعضی از محله ها این نگرانی ها وجود دارد که دولت ها به دلایل سیاسی می توانند ارزش ارزهای خود را دستکاری کنند و می توانند در معاملات دخالت و تداخل داشته باشند.

ارزهای رمزپایه اساساً به همان هدف خدمت می کنند ، اما بدون دخالت دولت ها و بانک ها و با اصطکاک کمتری. آنها در ابتدا توسط سازندگان خود صادر می شوند و متعاقباً cryptocurrency جدید توسط "معدن" ایجاد می شود ، عملیاتی که از رایانه های با سرعت بالا برای پردازش رقابتی داده های معامله به شکل بلوک های blockchain استفاده می کند (به تصویر زیر مراجعه کنید). در ابتدا ، رایانه های معدن فقط لپ تاپ ها ، دسک تاپ ها و ایستگاه های کاری معمولی بودند ، اما این عملیات با هزاران پردازنده اختصاصی اختصاصی واقع در انبارهای خنک شده در مکانهایی که انرژی الکتریکی ارزان است ، به "-مزرعه" تبدیل شده است. بسیاری از مزارع معدن رمزنگاری در چین و کره جنوبی واقع شده اند ، اما همچنین شهرهای قدیمی معدن در مونتانا به دلیل ارزان بودن املاک و مستغلات و هزینه های کم مصرف ، رونق جدیدی از رمزنگاری را تجربه می کنند.

ارزهای رمزنگاری شده در "کیف پول" دیجیتال شخصی که توسط صاحبان رایانه ها و دستگاه های خود نگهداری می شود ذخیره می شود و توسط یک کلید دیجیتال منحصر به فرد به آنها دسترسی پیدا می کند.(مال خود را از دست ندهید!). سوابق معامله در یک بلوک عمومی از داده های به اشتراک گذاشته شده از طریق اینترنت توسط صدها یا هزاران رایانه معدن واقع شده است. هزینه معاملات اندک است و سرعت معاملات سریع است. همه اینها به دلیل رمزگذاری دیجیتالی که مالکیت را در حین محافظت از معاملات همسالان از بررسی و دستکاری ، تأیید می کند ، امکان پذیر است.

برای خاص تر بودن ، هر معامله به عنوان ورودی در "بلوک" نشان داده می شود و هر بلوک یک عنصر یا پیوند در blockchain است. هر ورودی معامله به طور منحصر به فرد مالک رمزنگاری را با استفاده از شکلی از رمزنگاری معکوس مشخص می کند و مبلغی را که باید از یک کیف پول دیجیتال خارج شود مشخص می کند و به دو کیف پول دیگر سپرده می شود. این معاملات تا زمانی که یک بلوک پر شود وارد می شوند ، در این مرحله کد هش رمزنگاری اضافه می شود که آن را به بلوک قبلی زنجیره متصل می کند و در اینترنت منتشر می شود. بسیاری از رایانه های معدن سپس برای پردازش معاملات بلوک جدید و محاسبه مکرر کوچکترین "غیرقانونی" ممکن ، یک کد هش با طول ثابت مبتنی بر ساختار دیجیتالی بلوک ، رقابت می کنند. برای اینکه یک رقابت برای یک رقابت معدن را بدست آورد ، ارزش آن باید کمتر از یک ارزش قبلاً تعیین شده باشد. پردازنده معدن که کوچکترین غیرقانونی را تولید می کند ، سریعترین هزینه ای را که در سایبری تازه به تازگی پرداخت شده است ، دریافت می کند و تمام رایانه های معدن سیستم سپس به سمت پردازش رقابتی بلوک بعدی در blockchain حرکت می کنند. به این ترتیب ، دفترچه دیجیتال عمومی به روز می شود ، ارزهای رمزنگاری شده منتقل می شوند ، رمزنگاری تازه سوراخ شده وارد سیستم می شود و همه چیز خوب است.

یک رایانه کوانتومی وسیله ای است که برای اولین بار در سال 1978 توسط ریچارد فاینمن پیشنهاد شده است که از دستکاری حالتهای کوانتومی برای پردازش اطلاعات و حل مشکلات استفاده می کند. خود فاینمن به ویژه علاقه مند به استفاده از چنین دستگاهی برای مشکلات مربوط به خود مکانیک کوانتومی بود ، اما به نظر می رسد که علاقه مندان بعداً بیشتر روی جستجوی پایگاه داده و رمزنگاری متمرکز شده اند. یک کامپیوتر کوانتومی یک نوع کاملاً جدید از دستگاه پردازش داده است که امروزه از آزمایشگاههای دانشگاهی و صنعتی سیاره ، آماده یا خیر و پیدا کردن برنامه های اولیه آن در دنیای واقعی است.

یک رایانه معمولی دارای خاطره ای است که در آن بخش های اطلاعاتی در حالتهای باینری مشخص 1 یا 0 ذخیره می شوند و یک پردازنده دارد که در این اطلاعات ذخیره شده فعالیت می کند. به عنوان مثال ، حافظه ممکن است حاوی دو شماره ذخیره شده در بازنمایی باینری و برنامه ای باشد که مکان این شماره ها را مشخص می کند و خواستار ضرب آنها در کنار هم و نتیجه ذخیره شده در مکان دیگری است. با اجرای برنامه توسط پردازنده ، اعداد به دست می آیند ، ضرب می شوند و محصول آنها در بازنمایی باینری ذخیره شده در حافظه است.

یک رایانه کوانتومی با یک روش مهم با این طرح محاسباتی متفاوت است: واحدهای حافظه با حالت مشخص ، بیت های 0 یا 1 در رایانه معمولی ، توسط qubits حالت نامشخص (کوتاه برای بیت های کوانتومی) جایگزین می شوند. Qubits حالت های ممکن در یک سیستم کوانتومی ممکن است و ممکن است تا زمانی که "به 1 یا 0 فرو ریخت" نامشخص باشد.

البته ، یک کامپیوتر کوانتومی برای عملکرد خود به بیش از فقط Qubits نیاز دارد. Qubits باید به اندازه کافی عایق بندی شده از اثرات تصادفی سر و صدای محیطی (به نام Decoherence) عایق بندی شود که وضعیت منسجم سیستم کوانتومی حداقل به اندازه کافی طولانی حفظ شود تا یک محاسبه را تنظیم کند ، آن را انجام دهد و نتایج را بخواند. به دلیل این مشکل تجزیه ، بخش عمده ای از معماری رایانه کوانتومی شامل تصحیح خطاهایی است که به ناچار ناشی از تجزیه است.

یک رایانه کوانتومی باید توانایی اولیه کردن هر quit را در یک حالت مشخص و اندازه گیری وضعیت هر quit خاص داشته باشد. این باید "دروازه های کوانتومی جهانی" داشته باشد ، عناصر منطقی که قادر به ایجاد هرگونه رابطه منطقی مطلوب بین حالتهای Qubits هستند. همچنین باید یک پردازنده داشته باشد که بتواند چنین دروازه های کوانتومی را به هم متصل کند تا قوانین و شرایط مرزی را برای روابط متقابل خود تعیین کند. در یک محاسبه کوانتومی ، ترتیب دروازه های کوانتومی توسط برنامه نویس تنظیم شده است تا طبق برنامه یا الگوریتم ، Qubits را در یک الگوی منطقی وصل کند. پس از فاصله زمانی ، Qubits اختصاص یافته به نتیجه نهایی خوانده می شود. اگر این کار به درستی انجام شود ، می توان رایانه کوانتومی را انجام داد تا محاسبات را به روشی انجام دهد که از نظر کیفی با محاسبات انجام شده بر روی یک رایانه معمولی متفاوت باشد. در حقیقت ، محاسبات به راحتی با رایانه کوانتومی در بعضی موارد انجام می شود ، به یک زمان محاسبه با یک رایانه معمولی بیشتر از سن جهان نیاز دارد.

تجسم عملکرد یک رایانه کوانتومی با استفاده از تفسیر معامله ای از مکانیک کوانتومی نسبتاً آسان است (به دست کوانتومی زیر مراجعه کنید). برنامه نویسی رایانه کوانتومی که مشکل را تنظیم می کند ، مجموعه ای از شرایط را ایجاد کرده است به گونه ای که عملکرد موج مکانیکی کوانتومی فقط می تواند با حل مسئله یک معامله نهایی و فروپاشی به یک حالت مشخص را تشکیل دهد (برای مثال ، با یافتن عوامل اصلی ازیک شماره ورودی)

امواج پیشرفته و عقب مانده ناشی از قاب های اولیه ، توصیف تمام حالتهای احتمالی سیستم سیستم ، از طریق رایانه پخش می شوند و به دنبال دست دادن دستگیره نهایی چند منظوره چند بر روی که مشکل را حل می کند و اجازه می دهد تا یک معامله شکل بگیرد. این فرایند خیلی سریع همگرا می شود زیرا مدت زمان انتشار امواج پیشرفته به زمان منفی نیاز دارد. نتیجه خالص این است که فرم های معامله راه حل ، عملکرد موج به حالت راه حل فرو می رود ، مشکل حل می شود و نتایج خوانده می شود. به طور خاص ، از رایانه های کوانتومی می توان برای تعیین سریع دو عامل عددی استفاده کرد که در صورت ضرب در کنار هم ، محصول بزرگی را تشکیل می دهند که ورودی مشکل است. از این توانایی می توان برای شکستن بیشتر کدها در رمزنگاری معاصر استفاده کرد.

این مسئله ما را به این سؤال می رساند که چگونه رایانه های کوانتومی در حال حاضر در دسترس قرار می گیرند می توانند بر ارزهای رمزپایه تأثیر بگذارند. انتظار می رود که این تأثیرات در دو زمینه قرار داشته باشد: (1) ترک خوردگی: یعنی شکستن رمزگذاری رمزنگاری در داخل blockchain برای شناسایی صاحبان رمزنگاری و کشف کلیدهای کیف پول های دیجیتالی آنها ، و (2) استخراج: یعنی ، خارج از رقابت رمزنگاری موجودمعدنچیان برای برنده شدن در هر مسابقه با کوچکترین غیرقانونی و معاملات فاسد با مارش دادن قدرت محاسباتی بیشتر از بقیه سیستم blockchain ترکیب شده اند.

برای مشکل ترک خوردگی ، Aggarwal و همکاران ، تخمین می زنند که تا سال 2027 طرح امضای فعلی blockchain می تواند در کمتر از 10 دقیقه توسط یک رایانه کوانتومی شکسته شود. این باید مورد توجه جامعه رمزنگاری باشد.

از سوی دیگر، برای مشکل ماینینگ، پیش بینی می کنند که تا سال 2042، محاسبات کوانتومی ممکن است عملیات استخراج بلاک چین بسیار سودآوری را با استفاده از آنچه الگوریتم گروور نامیده می شود انجام دهد، اما نمی تواند سیستم سخت افزاری استاندارد را تحت تأثیر قرار دهد. آن را خراب کنداین تا حدی به این دلیل است که سیستم های تخصصی ASIC که به طور خاص برای استخراج ارز کوانتومی توسعه یافته اند بسیار سریع هستند و در آینده نزدیک نمی توان آنها را به راحتی تحت فشار گذاشت.

ممکن است الگوریتم های امضای جایگزینی در افق وجود داشته باشد که تأثیرگذاری بر مشکل کرکینگ را برای رایانه های کوانتومی دشوارتر می کند. با این حال، آگاروال و همکاران، یازده مورد از این طرح ها را تجزیه و تحلیل می کنند و به این نتیجه می رسند که آنها کمک زیادی به محافظت در برابر حمله کوانتومی نخواهند کرد.

البته در این نبرد فرضی بین کامپیوترهای کوانتومی و ارزهای دیجیتال خیلی زود است. تاکنون در این جنگ حتی یک گلوله نیز شلیک نشده است. علاوه بر این، تحولات جدیدی که در تحلیل آگاروال در نظر گرفته نشده است، در هر دو زمینه امکان پذیر است که می تواند همه چیز را به طور اساسی تغییر دهد. ما در زمان های جالبی زندگی می کنیم.

کتاب غیرداستانی جان جی کرامر در سال 2016 (آمازون به آن 5 ستاره می دهد) که تفسیر تراکنشی او از مکانیک کوانتومی را شرح می دهد، دست دادن کوانتومی - درهم تنیدگی، غیرمحلی، و تراکنش ها، (اسپرینگر، ژانویه-2016) به صورت آنلاین به صورت جلد گالینگور یا کتاب الکترونیکی در دسترس است:http://www. springer. com/gp/book/9783319246406 یا https://www. amazon. com/dp/3319246402.

رمان های SF نوشته جان کرامر: نسخه های چاپی رمان های جان کریمر سخت SF، Twistor و Einstein's Bridge از آمازون در https://www. amazon. com/Twistor-John-Cramer/dp/048680450X و https://www. amazon در دسترس هستند. com/EINSTEINS-BIDGE-H-John-Cramer/dp/0380975106. رمان جدید او، سوال فرمی ممکن است به زودی منتشر شود.

ستون های نمای جایگزین آنلاین: چاپ مجدد الکترونیکی 212 یا بیشتر ستون های «نمای جایگزین» توسط جان جی. کرامر که در آنالوگ بین سال های 1984 تا کنون منتشر شده است، در حال حاضر به صورت آنلاین در: http://www. npl. washington. edu/av موجود است.

محاسبات کوانتومی و بیت کوین:

"حملات کوانتومی به بیت کوین و نحوه محافظت در برابر آنها"، دیوش آگاروال، گاوین کی برنن، تروی لی، میکلوس سانتا، و مارکو تومایکل، (اکتبر-2017). arXiv:1710. 10377 [quant-ph]