Blockchain et le principe d'exclusion de Pauli

Le double problème des dépenses

Le livre blanc Bitcoin original a jeté les bases de Blockchain. Dans l’abstrait, Satoshi Nakamoto décrit l’un des aspects révolutionnaires de cette nouvelle technologie.

Nous proposons une solution au problème de la double dépense en utilisant un réseau peer-to-peer

Je veux commencer par donner un bref aperçu des composants importants du système de Blockchain décrits dans le présent document. Je voudrais ensuite examiner les similitudes étranges entre cette technologie et une loi fondamentale de la nature: le principe d’exclusion de Pauli.

Imaginez que j'ai un morceau de papier contenant tous les échanges monétaires entre un groupe d'amis. Je les numérote en ordre chronologique et demande aux parties à la transaction de signer leur nom à côté de leurs transactions pour vérification. Quelques problèmes sont apparents. Dans l’idéal, en tant que gardien de cette liste, mon travail consiste à vérifier que personne ne réalise plus de transactions que leur solde ne le permet, en veillant à ce qu’elles ne dépensent pas deux fois leur argent. Cependant, étant le seul détenteur de ce document, je peux facilement ajouter des lignes de transaction soustraites à ma discrétion.

La technologie Blockchain supprime l'autorité centrale (moi) en donnant à chaque membre effectuant la transaction sa propre copie de la liste des transactions. Un autre problème se pose: comment faire en sorte que tout le monde ait le même exemplaire de ce registre? En outre, comment pouvons-nous ajouter des transactions à une copie et garantir que toutes les autres sont mises à jour correctement en temps réel? Pourquoi ne puis-je pas simplement éditer ma copie et me donner de l'argent gratuitement?

Étant donné qu'il n'y a pas d'autorité centrale, l'ensemble du réseau doit s'accorder sur un seul historique des transactions. Cela se fait de la manière suivante: chaque membre du réseau distribué reçoit une liste de transactions. Un certain nombre d'entre eux sont rassemblés dans un bloc et une preuve de travail est calculée par les nœuds du réseau. Le grand livre que le réseau entier croira en tant que réseau réel est celui avec le travail informatique le plus important qui soit.

Cette idée de travail peut être considérée comme une solution difficile à un casse-tête mathématique. Le travail de calcul est intrinsèquement lié à chaque bloc de transactions, chaque bloc contient une partie du bloc précédent situé dedans (les blocs sont chaînés). Cela signifie que si vous voulez revenir en arrière et forger une ancienne transaction, vous devrez non seulement modifier la transaction en question, mais également refaire tout le travail jusqu'à ce que votre blockchain soit aussi long que celui d'origine. Ce n'est qu'alors que l'ensemble du réseau d'égal à égal croira que votre grand livre est le réel. Cependant, ce processus est totalement irréalisable car la quantité de travail requise serait astronomique. De plus, pendant que vous êtes en train de vous débrouiller, la vraie Blockchain grossit sans cesse, de sorte que la vôtre n’aurait jamais le temps de la rattraper. Le livre blanc décrit succinctement ce concept:

«Le réseau horodate les transactions en les hachant dans une chaîne continue de preuves de travail basées sur le hachage, formant un enregistrement qui ne peut pas être modifié sans refaire la preuve de travail. La chaîne la plus longue sert non seulement à prouver la séquence d'événements observés, mais également à prouver qu'elle provient du plus grand pool de ressources processeur. ”

Le principe d'exclusion de Pauli

Il est presque trivial de souligner qu’il n’ya jamais deux choses parfaitement identiques. Même dans un processus de fabrication hautement optimisé, de minuscules défauts sont toujours présents pour un œil averti. Cependant, dans le monde quantique microscopique, les choses sont différentes. Les électrons sont complètement identiques, de sorte qu'aucun objet macroscopique ne le soit. Il n'y a aucun moyen de les distinguer. La théorie moderne des champs quantiques rend cela cohérent en décrivant que les électrons de particules sont simplement des modes vibratoires excités d'un champ sous-jacent.

Deux fermions ne peuvent pas avoir exactement le même état quantique

C'est une déclaration du principe d'exclusion de Pauli qui se trouve dans l'un de mes textes quantiques de premier cycle. Un état quantique est désigné par une configuration spécifique de nombres quantiques. Ces chiffres représentent des éléments tels que la rotation, le moment cinétique et d'autres paramètres. Les fermions sont une certaine classe de particules élémentaires auxquelles l'électron appartient. Le paramètre de spin pour les fermions est limité à la moitié des valeurs entières, tandis que l'autre classe de particules élémentaires, les bosons, possède des valeurs entières pour la rotation.

En termes simples, le principe dit que pour deux électrons quelconques, les nombres indiquant leur état quantique ne peuvent jamais être les mêmes. Ce n'est pas une règle ad hoc formulée par Wolfgang Pauli, mais une conséquence qui émerge des règles de la mécanique quantique. Dans le monde macroscopique, on peut désigner l'état de quelque chose en spécifiant sa position et son élan (en fonction du temps). À partir de cet état, nous pouvons calculer ce que notre objet fera dans tous les moments futurs. Dans le monde microscopique cependant, l'état est représenté par un vecteur d'état. Nous ne pouvons pas spécifier la position exacte ou la quantité de mouvement des particules (comme dicté par le principe d’incertitude de Heisenberg), de sorte que cet état ne contient pas de faits déterministes précis de la question. Il contient toutes les informations probabilistes relatives à la situation. Le principe d'exclusion de Pauli est une conséquence de la manière dont nous écrivons des vecteurs d'état pour des systèmes d'électrons multiparticules. Si l'un de ces électrons avait tous les mêmes nombres quantiques, les états seraient insensés.

Abondance et manque

Lors de l'illumination, de nombreux maîtres zen proposent des dictons singuliers pour résumer la totalité de leur expérience. Voici une des nombreuses phrases de Dogen:

Déposez votre corps et votre esprit - sautez de l'abondance et du manque

Sautant d’abondance et de manque, quelle pensée déconcertante! Nous existons dans un monde au sein de cette dichotomie, mais Dogen nous pousse à aller au-delà. En allant au-delà, il entend embrasser la nature interpénétrante de ces deux contraires. La formulation de blockchain et le principe de Pauli éclairent ce que l’on veut dire.

Nous avons deux règles globales: une qui régit l'univers et une qui régit un système. L'un est créé, l'autre est découvert.

Comment abordez-vous le problème de la double dépense?
Comment vous assurez-vous qu'il n'y a pas deux fermions dans le même état quantique?

Le principe d’exclusion de Pauli émerge de la mécanique quantique - nous n’avons pas besoin de nous assurer que les particules y adhèrent car c’est une conséquence de nos connaissances scientifiques antérieures. Il n'y a pas d'électrons malhonnêtes - aucun d'entre eux ne se faufile dans le même état quantique les uns que les autres. Ce principe est un aspect inséparable des électrons. Cela nous donne une restriction, un manque. Par exemple, la couche de valence (couche externe) d'un atome ne peut pas contenir un nombre illimité d'électrons. C'est précisément à cause de ce manque que nous avons une abondance de molécules dans le monde. Ce seul fait donne lieu au tableau périodique des éléments et à la mécanique interne des étoiles.

Le problème des doubles dépenses est un exemple intuitif, presque banal, de l'équilibre entre abondance et manque. Vous ne voulez pas que quelqu'un dépense une pièce de monnaie qu'il a déjà dépensée - quand il lui en manque, vous ne voulez pas qu'il réclame faussement l'abondance. C'est ici que les choses deviennent intéressantes et que la blockchain commence à refléter la nature. La preuve de travail est indissociable du bloc. Le système est lié de manière à ce qu'un changement local (tentative de modification malveillante d'une transaction) produise des effets globaux (vous devez rétablir tous les blocs précédents). De même, changer l'état quantique d'un électron dans un petit système (un changement local) a pour effet global de changer le vecteur d'état de tout le système. Ce type de lien inextricable n'exige pas seulement l'adhésion à un principe, mais le nécessite. Je pense que c'est ce que Dogen voulait dire quand il décrivait sauter clairement de l'abondance et du manque. Nous ne pouvons jamais vivre sans la polarité - mais embrasser leur relationnalité est ce qui nous donne une vraie richesse.

Observer le fonctionnement de la nature est un bon moyen d’inspirer nos propres créations. Le respect automatique et sans confiance des règles est une caractéristique de la nature - et Blockchain a réussi à réutiliser cette technique.

Références

Livre blanc: https://bitcoin.org/bitcoin.pdf

Explication de la chaîne de blocs: https://www.youtube.com/watch?v=bBC-nXj3Ng4&t=768s&frags=pl%2Cwn

Textes quantiques: Introduction à la gestion de la qualité de Griffiths - Principes de la gestion de la qualité de Shankar