《量子计算与区块链》

本文为广州量子计算与区块链论坛纪录片。

2019年11月30日，“量子信息与区块链技术”广州论坛在华南理工大学成功举办。 本次论坛由数字资产研究院学术与技术委员会主任朱家明教授发起，数字资产研究院与华南理工大学自动化科学与工程学院共同主办，崔炜华南理工大学教授任召集人。

论坛举办了量子科学研究多个领域的研讨会，包括：量子安全直接通信与算法、量子霸权现状、超导量子计算研究基础与前沿、量子生成对抗网络、量子化学模拟与量子计算云平台、Frontier混合量子计算与量子信息网络研究、实用量子机密查询协议研究、量子思维与区块链思维的碰撞、量子计算与区块链技术、区块链技术与应用实践、量子计算区块链阴影下的领域、基于原子交换的研究关于零知识证明、区块链隐私保护等。

《量子计算与区块链》朱家明

数字资产研究院院长

朱家明发表了题为“量子计算与区块链”的开幕演讲。 他指出，我们生活在一个科技引领经济发展和社会转型的时代。 科学集群和技术混合的不断增长带来了“技术奇点”的逼近，其背后的驱动力很可能来自“量子计算”。 尤其是谷歌在2019年宣布的“量子霸权”，对2020年代的影响不容小觑。 他指出，这一切的源头可以追溯到20世纪的三场会议，即1900年在巴黎召开的第二届国际数学家大会、1927年在布鲁塞尔召开的第五届索尔维会议和2007年的梅西会议。纽约。 他还指出，“20世纪对人类历史产生持久而深远影响的是复杂系统科学体系的形成。过去100年工业化的扩张和发展，为应用和创新提供了前所未有的场景。科学技术。现在，科学技术本身正在成为一个场景。包括我们自己在内的所有传统行业。如果说从13到16世纪的文艺复兴时代以来，推动了现代自然科学的诞生人文艺术，进而引发了近代自然科学的诞生。以实业家、企业家、银行家为首的工业革命时代；20世纪初以来，以科技革命为主导的时代。变革，引领了人类的精神和观念，是数学家、物理学家、生物学家创造了信息和数据时代数字经济。 我们正处在这两个时代的交汇处。”最后，他用三位科学家的三句话总结道：“我们必须知道，我们将知道（希尔伯特）； 如果有人没有对量子理论感到震惊，那他就是不理解它（玻尔）； 科学并不难（冯·诺依曼）”

《量子安全直接通信与算法》龙贵禄教授

清华大学，全国杰出青年

龙贵禄发表了题为“量子安全直接通信与算法”的主旨演讲。 19年前的今天，龙贵禄提出了量子直接通信理论，这是世界上最重要的三大量子保密通信理论之一。 传统安全通信的框图分为密钥分发通道和密文通信通道。 量子安全直接通信不需要密钥，这改变了安全通信的框图。 龙贵禄详细阐述了理论，并介绍了其团队研制的全球首个有价值的原型机，证明量子直接通信可以提高量子通信的整体安全性和价值。 同时，龙贵禄介绍了基于个人研究成果的量子精确搜索算法和对偶量子计算方法，包括如何完成基于相位匹配的精确量子搜索，以及Dragon算法如何实现Grover，其中两个最量子算法中的重要算法。 在算法上做到最好，对偶量子计算形式如何应用于可编程量子芯片的制备，以及世界上构建量子算法的五种重要方法之一的酉算子线性组合法等。最后，龙贵禄介绍了核磁共振量子计算实验。

《第二次量子技术革命——量子霸权到来了吗？》张庆瑞教授

台湾大学特聘教授、IEEE Fellow、俄罗斯工程院院士

张庆瑞发表题为《第二次量子技术革命——量子霸权来了吗？ ”主旨演讲。他指出，19世纪末，人们观察到量子世界，提出量子力学理论，颠覆了经典物理学的世界。第一次量子革命导致电子学和经典学的盛行。计算机发展到现在，超级计算机速度越来越快，但瓶颈依然存在，遵循摩尔定律的晶体管尺寸接近极限，并行计算也趋于饱和，最重要的是，超级计算机的能耗和成本越来越高。量子革命由此拉开帷幕，而量子计算机将成为当前瓶颈的解药。量子计算机的单位是量子比特，主要利用两个性质：叠加和纠缠。根据这两个性质量子芯片和比特币的关系，一个量子计算机的0和1经典比特只能描述布洛赫球（Bloch ball）的南北两极，而量子比特不仅描述了两个点，还描述了在所有点上同时使用 Bloch 球体。 4个量子比特不是指4个布洛赫球面，而是4个布洛赫球面提供的2^4平行空间，一次表达了2的4次方的所有可能性。 所以一台量子计算机可以同时进行 2^4 个并行处理。 但是，量子算法必须在量子计算机的黑匣子里进行，中间过程必须自动开发，不能被窥视。 一旦窥视（量子世界中称为测量），就会回到经典世界。 这个黑匣子内的量子过程称为 Oracle。 最后，他再次强调，未来属于量子，不仅是计算机，传感器、通信器都将被量子化。

《超导量子计算研究基础与前沿》刘禹锡教授

清华大学，全国杰出青年

刘禹锡发表了题为“超导量子计算研究基础与前沿”的演讲。 他系统地介绍了为什么需要量子计算，什么是量子计算，以及超导量子计算的主要组成部分。 刘禹锡结合超导量子计算的发展历程，介绍了他这一阶段的主要工作和主要进展。 最后，刘禹锡就量子计算未来需要解决的关键问题和发展提出了自己的看法。

《Quantum generation against Networks》李路舟教授

中山大学

李路舟发表了题为“Quantum Generative Adversarial Network”的演讲。 他指出，探索量子优势是量子计算研究的核心问题之一。 与经典计算机相比，量子计算机有哪些优势？ 优势有多大？ 这些问题需要深入研究。 量子计算的优势可以从时间复杂度、查询复杂度、通信复杂度、电路深度复杂度等方面进行定性和定量研究，而这些研究都离不开量子算法设计。 从某种意义上说，量子算法可以说是量子计算的灵魂。 只有物理实现研究和包括量子算法在内的软件研究并行发展，量子计算才能成为一个有血有肉的整体。 接着，他介绍了量子算法的简明过程，指出量子算法已经进入大数据环境。 此外，他还阐述了近年来量子计算与机器学习的交叉研究，以及量子机器学习如何体现量子优势。 最后，他介绍了他的个人工作，提出了基于变分量子电路的量子生产对抗网络模型。

《量子化学模拟及华为量子计算云平台HiQ介绍》 吴星耀博士

华为高级研究员

吴星耀做了题为“量子化学模拟与华为量子计算云平台HiQ介绍”的主题演讲。 他指出，嘈杂的中尺度量子器件（NISQ）是近期的研究热点，主要考虑具有50-100个物理量子比特的量子器件。 其中，如何利用NISQ设备实现量子优势是该领域的一大关注点。 NISQ设备的应用包括随机抽样、组合优化、量子模拟等诸多问题。 他在演讲中主要介绍了NISQ设备在量子化学模拟中的应用，通过量子-经典混合算法（Variational Quantum Eigensolver）优化分子的基态能量，并在华为HiQ量子云上展示了业界最大规模平台。 分子模拟（14 个分子轨道）。 演讲后半部分还介绍了华为HiQ 2.0的升级特性，包括支持量子化学模拟的HiQ Fermion模块、支持在线量子调控设计的HiQ Pulse模块，以及HiQ模拟器和编程框架的升级.

"Frontiers of Hybrid Quantum Computing and Quantum Information Networks" 项泽良教授

中山大学青年英才

项泽良发表了题为“Frontiers of Hybrid Quantum Computing and Quantum Information Networks”的主题演讲。 他介绍了在当前量子计算尚未完全成熟、通用量子计算机尚未取得突破的阶段，与混合系统相关、具有广阔研究和应用前景的几个研究方向。 他首先介绍了混合量子计算，将初步的专用量子计算机与经典计算机相结合，指出现阶段具有很强的可行性和良好的应用价值。 同样，量子计算的备份物理系统也有很多，各有优缺点。 因此，整合各部门力量，构建新型混合量子系统，衍生出新的量子技术，成为量子计算的下一个发展方向。 此外，基于混合系统的量子计算节点的有效连接构建量子信息网络也是未来大规模量子信息传输和协同计算的必要基础。

"实用量子保密查询协议的研究进展" 高飞教授

北京邮电大学教育部青年长江学者

高飞发表了题为“实用量子保密查询协议的研究进展”的主题演讲。 他指出，人们提出了多种量子密码协议，但由于当前量子控制技术的局限性，还缺乏真正实用的协议。 量子保密查询可视为N对1的无意传输，安全要求适当放宽。 这类协议只要采用类似量子密钥分发的技术就可以实现，具有很强的实用潜力，一经提出就引起了广泛关注。 最后，高飞简要介绍了量子密码学的研究背景和发展现状，量子秘密查询协议在走向实用化过程中面临的一些理论问题，以及相应的研究进展。

《猫与妖的对话——量子思维与区块链思维的碰撞》邹军博士

云通联达金融服务科技有限公司CEO

邹军发表了题为“猫与恶魔的对话——量子思维与区块链思维的碰撞”的主旨演讲。 他从哲学层面分析了量子计算和区块链的特点，将量子计算比作“薛定谔的猫”，将区块链比作“麦克斯韦妖”。 之后对量子比特的定义、量子门的实现与仿真，以及在IBM Quantum Cloud上的实测结果进行了详细的讲解。 他还从理论到实践介绍了量子计算的原理，以及两种常用的量子计算算法及其特点，Shor和Grover。 最后，他讨论了抗量子加密算法，并提出了量子计算可以给区块链带来的四种可能的改进：量子随机性让区块链告别伪随机数、量子纠缠帮助密钥分发、未知量子态无法克隆, 量子隐形传态。

《量子计算与区块链》，李志峰博士

量子猫科普馆馆长

李志峰发表了题为“量子计算与区块链”的演讲。 他介绍了量子计算的基础知识、量子计算机的强大功能、量子计算机的技术方向和最新进展。 并对各国出台的量子技术相关政策和全球高校研究情况做了普查报告。 此外，他还基于区块链的技术特点、密码安全、信息安全等方面，分析了量子计算对传统加密算法的威胁，提出了量子计算时代区块链的加密保护措施。 最后，他介绍了量子区块链的研究进展以及如何在量子计算环境下最终实现安全的区块链。

《区块链技术与应用实践》于向阳教授

中山大学，广州智联科技有限公司首席科学家

余向阳发表了题为“区块链技术与应用实践”的主题演讲。 他指出，当前的数据特征正在实现多维度采集和持续集成的特​​征。 需要利用区块链的特性，建立智能互证数据处理系统，完成区块链思维模式下的数据逻辑。 之后，他介绍了区块链目前的技术基础、技术特点和应用模式，以及区块链技术解决方案案例，包括区块链浏览器、可信智能物联网平台、数据篡改监控平台、BaaS平台架构及实现等。最后，余向阳详细讲解了区块链与物联网融合的模式和技术创新，特别是如何在不改变现有物联网架构和特性的情况下，实现与区块链技术的融合。 他以区块链微型智能光谱仪为例，进行了具体的分析和说明。

《量子计算阴影下的区块链》郭宇博士

安比实验室创始人

郭宇发表了题为“量子计算阴影下的区块链”的主题演讲，重点分析了在量子霸权逐渐实现的情况下，区块链技术是否还能保障安全。 针对区块链安全问题提出并讨论了几种量子攻击场景、模型和可行性计算。 首先，它是一种针对“POW挖矿”的量子攻击模式。 在实际情况下，他对比了量子计算SHA256结合Grover算法的速度和经典ASIC矿机计算SHA256的速度。 同时，他讨论了分叉远程攻击、伪造区块攻击、生日算法攻击三种类型。 攻击方式下量子计算对“POW挖矿”的影响。 结论是比特币的 PoW 共识受限于量子计算。 二是针对“数字签名的量子攻击安全假设：椭圆曲线离散对数问题（ECDLP）”。 他提出量子计算结合 Shor 算法可以很容易地从公钥中破解出私钥，这是经典计算难以做到的。 将量子计算与生日攻击相结合，从地址中破解出公钥就没有那么容易了，但是对于经典计算来说，就比较困难了。 可以说，中本聪采用比特币地址的设计，具有抵制量子计算的先见之明。 但是，在比特币的支付方式中，早期的公钥是暴露在区块链上的，大约有1/3的比特币，公钥已经暴露，其中就包括中本聪的遗产。 接下来，他分析了量子计算机什么时候可以对比特币发起致命攻击。 在最乐观的预测下量子芯片和比特币的关系，到2027年，量子攻击时间将缩短至30分钟。 除了比特币，以太坊和 Libra 都面临着量子攻击的高风险。 最后，他展望了后量子时代区块链技术的发展，包括复杂的内存PoW算法、类BFT共识协议+格密码学等。

《基于零知识证明的原子交换研究》曹玲副教授

重庆邮电大学

曹玲发表了题为“基于零知识证明的原子交换研究”的主题演讲。 他从研究背景和意义、研究现状和研究内容三个方面向与会者阐述了该领域的研究现状。 他指出，基于比特币底层密码学原理的电子现金尝试早于比特币。 比特币的本质是一台制造信任的机器，其内涵包括共享账本、智能合约、隐私保护、共识机制等。 最后重点介绍了区块链四大跨链技术之一的原子互换，以及如何在原子互换过程中应用零知识证明，实现匿名交易，保护交易双方的隐私。

《区块链隐私保护》万志国教授

山东大学

万志国发表了题为《区块链隐私保护》的主题演讲。 他首先阐述了什么是隐私和隐私权，以及隐私保护面临的现实困境。 之后，基于区块链的隐私保护将分为小隐、中隐和大隐。 他指出，零知识证明是大银真正的区块链隐私保护技术，其应用实例已经从账户模型发展到门槛、车联网、数据共享和供应链金融。 最后，他重点介绍了零知识证明，分析了零知识证明的功能、可验证计算和效率。 并且详细介绍了Zk-SNARK的例子和零知识证明的应用案例，强调2019年的区块链相当于2000年的互联网，零知识证明将成为研究的重点。

《总结》朱家明

数字资产研究院院长

朱家明作了总结讲话。 他指出，在今天关于量子科技的讨论背后，其实还有1927年爱因斯坦与玻尔争论的著名问题：上帝是否掷骰子。 我们设想一个场景：如果爱因斯坦、玻尔和普朗克今天还活着，他们参加了今天的研讨会，哪些是他们完全预料到的，哪些是他们意料之外的？ 在如何看待宇宙的规律和决定论上，在“上帝是否掷骰子”的问题上，是否还分成两大“阵营”？

朱家明说：如果真的出现这样的情景，他们很可能会在以下问题上“求同存异”，形成一定的共识：（1）1920年代建立的量子力学原理和框架并没有过时; (2) ) 量子力学促进了量子化学、量子生物学等交叉学科的产生和发展； (3) 一百年后，人类终于接近甚至进入了“量子时代”。 一种相对简陋的形式； （4）量子时代的一个重要标志是从量子科技到应用的全方位突破，形成研发链； (5) 量子科技互动开始产业化、商业化： (6) 世界正悄然进入量子竞争时代，世界主要经济体开始设计“量子时代”战略，为国家注入活力利益和地缘政治因素进入“量子时代”战略：（7）谷歌对“量子霸权”的定义 日益激烈的量子霸权争夺战序幕拉开； (8)量子科学的“通识教育”迫在眉睫。

量子计算与“区块链”的关系是一个值得深入探讨的话题。 如果承认“区块链”是科学第一，技术第二，那么量子计算和区块链之间很可能存在某种遗传和染色体联系？ 今天无法详细讨论这个问题，但可以肯定的是，“量子区块链”的概念很有可能被确立，甚至是值得探索的主要方向。 朱家明表示，他倾向于认为，量子技术和量子科学的发展并不是在破坏或动摇“区块链”的整个结构和体系，而是可能在很大程度上为“区块链”提供新的发展。 技术要素转化为基于量子科学的新技术体系。

最后，朱家明指出，至少在过去半个世纪，尤其是过去一二十年，所有重大科技思想和技术，如计算机、基于芯片的摩尔定律、互联网、大数据、云计算等等，智能手机、人工智能、虚拟世界、区块链，都仿佛被一股神秘的力量所安排。 几乎每隔一段时间就会推出新事物。 它们非常有规律，很有节奏感，类似于“宏观拼图”。难道说到今天，该出的都出，该玩的都玩了，该露的都出了吗？如果是这样，我们需要从整体上思考我们所处的科学结构，包括今天会议的主题。当然，我们仍然很难真正理解、感受和体会到我们这个世界最深刻的变化，尤其是迫在眉睫的“范式”从思想到科学的转变，以及经济社会制度变革的内涵，因此，我们需要以一种非常谦虚和庄严的精神和态度来面对未来。

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