BloQBench: A Blockchain Benchmarking Framework for Quantum Supremacy

कल्पना कीजिए कि एक ऐसी दुनिया है जहाँ कंप्यूटर इतने शक्तिशाली होते जा रहे हैं कि वे उन पहेलियों को हल कर सकते हैं जिन्हें सुलझाने में एक सामान्य सुपरकंप्यूटर को ब्रह्मांड की आयु से भी अधिक समय लगेगा। यह क्वांटम कंप्यूटिंग का रोमांचक, थोड़ा डरावना अग्रिम मोर्चा है। एक क्वांटम कंप्यूटर को अपने लैपटॉप के तेज़ संस्करण के रूप में नहीं, बल्कि एक जादुई चाबी के रूप में सोचें जो उन तालों को तुरंत खोल सकती है जिन्हें सामान्य माध्यमों द्वारा अटूट बनाने के लिए डिज़ाइन किया गया है। वैज्ञानिक जो बड़ा सवाल पूछ रहे हैं वह यह है: "हमें कैसे पता चलेगा कि वास्तव में एक क्वांटम कंप्यूटर ने यह कर दिखाया है?"

आमतौर पर, जब कोई दावा करता है, "मैंने कर दिखाया!" तो वे बस इतना कह देते हैं, और हमें उन पर भरोसा करना पड़ता है। लेकिन विज्ञान में, भरोसा काफी नहीं है; हमें प्रमाण चाहिए। समस्या यह है कि यदि कोई पहेली एक सामान्य कंप्यूटर के लिए हल करना बहुत कठिन है, तो उसके लिए उत्तर की जाँच करना भी बहुत कठिन है। यह किसी को अपने दिमाग में भूलभुलैया (maze) हल करने के लिए कहने और फिर यह सत्यापित करने जैसा है कि उन्होंने धोखाधड़ी नहीं की, लेकिन आप भूलभुलैया देख नहीं सकते। यह शोध पत्र ठीक इसी समस्या पर काम करता है: हम एक ऐसा परीक्षण कैसे बना सकते हैं जिसे एक सामान्य कंप्यूटर के लिए नकली बनाना असंभव हो, लेकिन जिसे साबित करना आसान हो कि वह वास्तविक है, और इसके लिए हमें परीक्षण सेट करने वाले व्यक्ति पर भरोसा करने की आवश्यकता न हो?

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डिजिटल हनीपॉट: BloQBench

इस शोध पत्र के लेखक, निकोलस जे.सी. पापाडोपुलोस और रमीन अयान्सेडेह ने BloQBench नामक एक डिजिटल जाल बनाया है। एक विशाल, सार्वजनिक खजाना chest की कल्पना करें जो एक वैश्विक नेटवर्क पर रखा है जिसे ब्लॉकचेन कहा जाता है (इसे एक विशाल, अपरिवर्तनीय सार्वजनिक बहीखाता समझें जहाँ हर कोई सब कुछ देख सकता है)। यह चेस्ट पैसों से भरा है, लेकिन यह 119 अलग-अलग, अविश्वसनीय रूप से जटिल तालों से बंद है।

यहाँ जादू का कमाल है: कोई भी नहीं जानता, यहाँ तक कि उस व्यक्ति को भी जिसने चेस्ट बनाया है, इन तालों का संयोजन (combination) क्या है। ताले एक कंप्यूटर प्रोग्राम ("स्मार्ट कॉन्ट्रैक्ट") द्वारा उत्पन्न किए जाते हैं जो उन्हें मौके पर ही बनाता है, और यह सुनिश्चित करने के लिए एक विधि का उपयोग करता है कि कोई "पूर्व-निर्धारित रहस्य" (pre-computed secrets) मौजूद न हों। यह एक वेंडिंग मशीन की तरह है जो हर बार बटन दबाने पर एक अनूठा, अनसुलझा रहस्य प्रिंट करती है, और मशीन रहस्य प्रिंट करने के तुरंत बाद उत्तर भूल जाती है।

चुनौती क्या है? ताले पूर्णांक गुणनखंडन (integer factorization) पर आधारित हैं। सरल शब्दों में, इसका अर्थ है एक विशाल, उलझे हुए नंबर को लेना और यह पता लगाना कि कौन से दो छोटे अभाज्य (prime) नंबरों को आपस में गुणा करके इसे बनाया गया था। एक सामान्य कंप्यूटर के लिए, यह एक केक को 'अन-बेक' करने की कोशिश करने जैसा है ताकि सटीक अंडे और आटा पाया जा सके; बड़े नंबरों के लिए यह लगभग असंभव है। लेकिन एक क्वांटम कंप्यूटर के लिए, एक विशेष एल्गोरिदम का उपयोग करके, यह एक टाइम मशीन होने जैसा है जो मिश्रण होने से पहले ही सामग्री को देख सकती है।

कार्य योजना: यह कैसे काम करता है

इस प्रक्रिया को एक हाई-स्टेक गेम शो की तरह सेट किया गया है जिसमें एक ट्विस्ट है:

1. सेटअप: स्मार्ट कॉन्ट्रैक्ट 119 "ताले" उत्पन्न करता है। प्रत्येक ताला 4,608 बिट्स (एक विशाल संख्या) का एक नंबर है। कॉन्ट्रैक्ट को इस तरह डिज़ाइन किया गया है कि केवल 1-इन-ए-बिलियन संभावना है कि ये सभी ताले एक सामान्य कंप्यूटर द्वारा हल किए जा सकें। लक्ष्य यह सुनिश्चित करना है कि उनमें से कम से कम एक वास्तव में एक सामान्य कंप्यूटर के लिए तोड़ना असंभव हो।
2. इनाम (Bounty): कॉन्ट्रैक्ट में इनाम की राशि (बौंटी) है। शोध पत्र सुझाव देता है कि पहेलियों को हल करने की लागत को कवर करने के लिए न्यूनतम 800,000,000 गैस (Ethereum नेटवर्क पर लेनदेन के लिए उपयोग की जाने वाली मुद्रा) होनी चाहिए। यदि गैस की वर्तमान कीमत 23.8 Gwei प्रति यूनिट है, तो यह लगभग 19.04 ETH है।
3. दौड़: कोई भी तालों को हल करने की कोशिश कर सकता है। यदि आपके पास क्वांटम कंप्यूटर है (या सुपरकंप्यूटर वाला कोई बहुत भाग्यशाली जीनियस), तो आप अभाज्य गुणनखंड (prime factors) खोजने की कोशिश कर सकते हैं।
4. एंटी-चीट (धोखाधड़ी रोकना): लोगों को एक-दूसरे के उत्तर चुराने से रोकने के लिए, सिस्टम एक "कमिट-रिवील" (commit-reveal) योजना का उपयोग करता है। आपको पहले अपने उत्तर को एक डिजिटल लिफाफे (हैश) में लॉक करना होगा और एक दिन प्रतीक्षा करनी होगी। उस एक दिन के बाद, आप लिफाफा खोलते हैं और उत्तर दिखाते हैं। यह "फ्रंट-रनिंग" को रोकता है, जहाँ एक बुरा व्यक्ति आपके उत्तर को देखता है और पुरस्कार का दावा करने से पहले उसे चुरा लेता है।
5. जीत: यदि आप एक ताला हल करते हैं, तो कॉन्ट्रैक्ट उसे "हल किया गया" (solved) के रूप में चिह्नित करता है। यदि आप अंतिम, सबसे कठिन ताला हल करते हैं, तो आपको पूरा इनाम मिलता है, और ब्लॉकचेन पर एक विशाल झंडा "TRUE" में बदल जाता है। यह झंडा क्वांटम वर्चस्व (quantum supremacy) प्राप्त किए जाने का अकाट्य प्रमाण है।

यह क्यों महत्वपूर्ण है: ऑटोमैटिक स्विच

BloQBench का सबसे शानदार हिस्सा केवल पैसा नहीं है; यह है कि जब झंडा बदलता है तो क्या होता है। वर्तमान में, ब्लॉकचेन आपकी संपत्ति की रक्षा के लिए "क्लासिकल" सुरक्षा (जैसे RSA और ECDSA) का उपयोग करते हैं। ये तब तक सुरक्षित हैं जब तक कि कोई क्वांटम कंप्यूटर उन्हें तोड़ नहीं देता।

शोध पत्र प्रस्तावित करता है कि BloQ-Bench एक स्वचालित ट्रिगर के रूप में कार्य करता है। कल्पना करें कि आपके बैंक खाते में एक सुरक्षा स्विच है। जब तक "क्वांटम फ्लैग" गलत (false) है, बैंक तेज़, सस्ती, क्लासिकल सुरक्षा का उपयोग करता है। लेकिन जैसे ही कोई पहेली को हल करता है और झंडे को "TRUE" में बदल देता है, सिस्टम स्वचालित रूप से एक नए, "क्वांटम-प्रूफ" सुरक्षा सिस्टम (जिसे लैम्पोर्ट सिग्नेचर कहा जाता है) पर स्विच हो जाता है।

यह महत्वपूर्ण है क्योंकि नया क्वांटम-प्रूफ सुरक्षा सिस्टम उपयोग करने में धीमा और महंगा है। यदि हम बहुत जल्दी इस पर स्विच करते हैं, तो हम पैसा बर्बाद करते हैं और सब कुछ धीमा कर देते हैं। यदि हम बहुत देर से स्विच करते हैं, तो हमारे पैसे चोरी हो जाते हैं। BloQBench इसे उस सटीक क्षण का इंतजार करके हल करता है जब खतरा वास्तव में सिद्ध हो जाता है, और फिर तुरंत स्विच को बदल देता है।

शोध पत्र क्या खारिज करता है

लेखकों ने बहुत सावधानी से यह स्पष्ट किया है कि उन्होंने क्या नहीं किया। उन्होंने स्पष्ट रूप से कई अन्य विचारों को खारिज कर दिया:

• कोई विश्वसनीय जनरेटर नहीं: उन्होंने किसी इंसान या कंपनी द्वारा पहेलियाँ उत्पन्न करने के विचार को खारिज कर दिया। यदि कोई इंसान पहेली बनाता है, तो वह खुद को हल करने के लिए एक गुप्त "बैकडोर" रख सकता है, जो प्रमाण को ही खराब कर देता है।
• कोई "ऑर्डर-फाइंडिंग" नहीं: उन्होंने "ऑर्डर-फाइंडिंग" नामक एक अलग प्रकार की गणितीय पहेली पर विचार किया, लेकिन उन्होंने पाया कि इसे ब्लॉकचेन पर सेट करना बहुत महंगा था (इसे तैनात करने के लिए 6 बिलियन गैस से अधिक खर्च हुआ) जबकि उनके गुणनखंडन पद्धति (जिसकी लागत लगभग 237 मिलियन गैस थी) की तुलना में।
• कोई unverifiable पहेलियाँ नहीं: उन्होंने "सैंपलिंग प्रॉब्लम्स" (जहाँ एक कंप्यूटर यादृच्छिक पैटर्न उत्पन्न करता है) को खारिज कर दिया क्योंकि, हालांकि इन्हें करना कठिन है, लेकिन इन्हें सही साबित करना भी कठिन है। आप आसानी से यह जांच नहीं सकते कि पैटर्न सही है या नहीं, इसलिए यह सार्वजनिक प्रमाण के रूप में काम नहीं करता है।

निष्कर्ष

शोध पत्र यह दावा नहीं करता कि क्वांटम कंप्यूटरों ने अभी दुनिया को हरा दिया है। इसके बजाय, यह एक फ्रेमवर्क और एक उपकरण (BloQBench) प्रदान करता है ताकि जब वे ऐसा करें, तो वे इसे सिद्ध कर सकें। उन्होंने अनुबंध बनाया है, उसका परीक्षण किया है, और दिखाया है कि यह काम करता है। उन्होंने गणना की कि उनके एक ताले को हल करने की लागत लगभग 6,110,290 गैस होगी, और सभी 119 को हल करने की लागत लगभग 741,048,802 गैस होगी।

लेखक सुझाव देते हैं कि यह प्रणाली एक "ट्यूनेबल ग्रेडिएंट" (समायोज्य ढाल) बनाती है। आप क्वांटम शक्ति के शुरुआती संकेतों का पता लगाने के लिए तालों को आसान बना सकते हैं, या उन्हें अत्यंत कठिन (जैसे उनके द्वारा चुने गए 4,608-बिट ताले) रख सकते हैं ताकि उस क्षण का इंतजार किया जा सके जब क्वांटम कंप्यूटर RSA जैसे दुनिया के सबसे प्रसिद्ध एन्क्रिप्शन मानकों को तोड़ सकें।

संक्षेप में, BloQBench एक विश्वास रहित (trustless), सार्वजनिक और स्वचालित रेफरी है। यह क्वांटम कंप्यूटर के मैदान में उतरने का इंतजार करता है, पहेली को हल करता है, और फिर बिना किसी के भरोसे की आवश्यकता के, हमारे डिजिटल संसार की रक्षा के लिए तुरंत स्विच को बदल देता है। यह क्वांटम वर्चस्व की दौड़ को एक स्पष्ट विजेता और एक गारंटीकृत सुरक्षा जाल वाले खेल में बदल देता है।