यह शोधपत्र ब्लॉकचेन प्रौद्योगिकी की क्रिप्टोग्राफ़िक रीढ़ के मूलभूत पुनर्विचार का प्रस्ताव रखता है। पारंपरिक रूप से एक खतरे के रूप में देखे जाने वाले क्वांटम कंप्यूटिंग प्लेटफ़ॉर्म्स को एक नए, अधिक कुशल और विकेंद्रीकृत प्रूफ-ऑफ-वर्क (PoW) प्रोटोकॉल के सक्षमकर्ता के रूप में पुनःस्थापित किया गया है। लेखक, कालिनिन और बर्लॉफ़, डिजिटल, कंप्यूट-गहन PoW योजनाओं से एनालॉग हैमिल्टोनियन ऑप्टिमाइज़र्स द्वारा उत्पन्न प्रमाणों की ओर बदलाव का तर्क देते हैं—ये भौतिक प्रणालियाँ स्वाभाविक रूप से निम्न-ऊर्जा अवस्थाओं की खोज करती हैं। यह दृष्टिकोण ब्लॉकचेन की दोहरी कमजोरियों से निपटने का लक्ष्य रखता है: खनन शक्ति का अत्यधिक केंद्रीकरण और धीमी लेनदेन पुष्टिकरण समय।
ऊर्जा-गहन, केंद्रीकृत PoW जो ब्लॉकचेन स्केलेबिलिटी और अपनाने को सीमित करता है।
तेज़, अधिक विकेंद्रीकृत सहमति के लिए भौतिक अनुकूलन (क्वांटम/एनालॉग) का लाभ उठाना।
तेज़ लेनदेन, कम ऊर्जा पदचिह्न, बेहतर नेटवर्क सुरक्षा।
यह प्रस्ताव पारंपरिक PoW (जैसे, बिटकॉइन का SHA-256) में क्रिप्टोग्राफ़िक हैश पहेली को एक विशेष भौतिक उपकरण द्वारा हल की गई अनुकूलन समस्या से बदलने पर केंद्रित है।
वर्तमान ब्लॉकचेन में, खनिक एक नॉन्स ढूंढने के लिए प्रतिस्पर्धा करते हैं, जिसे ब्लॉक डेटा के साथ हैश करने पर एक निश्चित लक्ष्य से कम आउटपुट प्राप्त होता है। यह एक ब्रूट-फ़ोर्स, अत्यधिक समानांतर योग्य डिजिटल गणना है। शोधपत्र इसे खनन पूल केंद्रीकरण और उच्च विलंबता का मूल कारण बताता है।
ये भौतिक प्रणालियाँ हैं जिनकी गतिकी एक हैमिल्टोनियन ($H$) द्वारा वर्णित होती है और जो अपनी ऊर्जा को न्यूनतम करने के लिए विकसित होती हैं। "प्रमाण" प्रणाली की अंतिम, निम्न-ऊर्जा अवस्था है, जिसकी डिजिटल रूप से गणना करना कठिन है लेकिन एनालॉग प्रणाली के लिए इसे ढूंढना स्वाभाविक है। "कार्य" इस अवस्था तक पहुँचने के लिए भौतिक उपकरण द्वारा व्यय की गई ऊर्जा है।
ब्लॉकचेन नेटवर्क एक कठिन अनुकूलन समस्या पर सहमत होगा, जिसे एक जटिल हैमिल्टोनियन की आधार अवस्था ढूंढने के रूप में तैयार किया जाएगा। खनिक अनुमोदित एनालॉग ऑप्टिमाइज़र हार्डवेयर (जैसे, डी-वेव क्वांटम एनीलर या फोटोनिक सिम्युलेटर) का उपयोग समाधान ढूंढने के लिए करेंगे। प्रस्तुत किया गया पहला वैध, निम्न-ऊर्जा समाधान अगले ब्लॉक के लिए PoW का गठन करता है।
शोधपत्र विशेष रूप से डी-वेव सिस्टम्स का उल्लेख करता है। ब्लॉकचेन की PoW समस्या को एक आइज़िंग मॉडल हैमिल्टोनियन पर मैप किया जाएगा: $H_{\text{Ising}} = -\sum_{i चार्ट विवरण (संकल्पनात्मक): एक ग्राफ जो y-अक्ष पर एक संयोजनात्मक अनुकूलन समस्या के लिए समाधान-समय और x-अक्ष पर समस्या जटिलता दिखाता है। दो रेखाएँ दिखाई गई हैं: एक शास्त्रीय डिजिटल गणना के लिए (खड़ी घातीय वक्र) और एक क्वांटम एनीलर के लिए (कम ढलान वाला वक्र, पहले पठार पर पहुँचना), जो कुछ समस्या वर्गों के लिए संभावित गति लाभ को दर्शाता है।
यह उभरती हुई शास्त्रीय एनालॉग प्रणालियों को संदर्भित करता है, जैसे ऑप्टिकल पैरामेट्रिक ऑसिलेटर्स या पोलरिटॉन कंडेनसेट्स के नेटवर्क। ये प्रणालियाँ शास्त्रीय तरंग गतिकी और अरेखीय अंतःक्रियाओं का शोषण करके सुसंगत आइज़िंग मॉडल हल कर सकती हैं। ये क्वांटम एनीलर्स के लिए एक संभावित रूप से अधिक स्केलेबल और कमरे के तापमान पर संचालित होने वाला विकल्प प्रदान करती हैं।
मूल बात यह है कि एक ब्लॉक के लेनदेन डेटा और एक उम्मीदवार नॉन्स को एक हैमिल्टोनियन अनुकूलन समस्या के पैरामीटर ($J_{ij}$, $h_i$) में मैप किया जाए। सत्यापन फ़ंक्शन जाँचता है कि प्रस्तुत समाधान (जैसे, एक स्पिन वेक्टर $\vec{\sigma}$) नेटवर्क के वर्तमान कठिनाई लक्ष्य $E_{\text{target}}$ से कम ऊर्जा $E = H(\vec{\sigma})$ देता है या नहीं। इस फ़ंक्शन को डिजिटल रूप से जल्दी सत्यापित करने योग्य होना चाहिए लेकिन एनालॉग हार्डवेयर के बिना हल करना कठिन होना चाहिए।
कालिनिन और बर्लॉफ़ सिर्फ़ ब्लॉकचेन में छेड़छाड़ नहीं कर रहे हैं; वे इसकी सबसे अपव्ययी परत के पूर्ण-स्टैक प्रतिस्थापन का प्रयास कर रहे हैं। उनकी अंतर्दृष्टि गहन है: भौतिकी की एनालॉग प्रकृति से डिजिटल गेट्स के साथ लड़ने के बजाय, विश्वास के स्रोत के रूप में इसे अपनाएँ। यह क्वांटम कंप्यूटिंग की भूमिका को अस्तित्वगत खतरे से मूलभूत सहयोगी में बदल देता है। यह उसी तरह का कदम है जैसे CycleGAN ने चक्र-संगति का लाभ उठाकर छवि अनुवाद को पुनः परिभाषित किया—एक चतुर, डोमेन-विशिष्ट बाध्यता जिसने एक जटिल समस्या को सरल बनाया।
तर्क सुंदर है: 1) पारंपरिक PoW एक डिजिटल हथियारों की दौड़ है जो केंद्रीकरण की ओर ले जाती है। 2) वास्तविक मूल्य "उपयोगी" कार्य करने में है जो सत्यापनीय है लेकिन आसानी से पुनरुत्पादित नहीं है। 3) एनालॉग भौतिक प्रणालियाँ स्वाभाविक रूप से निम्न-ऊर्जा अवस्थाओं में स्थिर होकर अनुकूलन "कार्य" करती हैं। 4) इसलिए, उस भौतिक अनुकूलन को PoW बनाएँ। तर्क ठोस है, लेकिन सिद्धांत से एक सक्रिय, प्रतिद्वंद्वी, अरबों डॉलर के नेटवर्क तक का पुल वह जगह है जहाँ वास्तविक खाईयाँ दिखाई देती हैं।
शक्तियाँ: भारी ऊर्जा बचत और तेज़ ब्लॉक समय की संभावना निर्विवाद है। यह ASIC प्रभुत्व के लिए एक प्राकृतिक बाधा भी बनाता है, संभावित रूप से खनन को लोकतांत्रिक बनाता है। वास्तविक भौतिकी से जुड़ाव श्रृंखला को विशुद्ध रूप से एल्गोरिदमिक हमलों के खिलाफ अधिक मजबूत बना सकता है।
गंभीर दोष: यह सिद्धांत का नाजुक पेट है। सत्यापनीयता एवं विश्वास: आप एक ब्लैक-बॉक्स एनालॉग उपकरण के आउटपुट पर कैसे भरोसा करते हैं? आपको एक डिजिटल छाया-सत्यापन की आवश्यकता है जो आसान हो, जो मूल समस्या को पुनः उत्पन्न कर सकता है। हार्डवेयर एकाधिकार जोखिम: ASIC फार्मों को डी-वेव या विशेष फोटोनिक हार्डवेयर से बदलना सिर्फ केंद्रीकरण को एक अलग, संभावित रूप से अधिक केंद्रित, आपूर्ति श्रृंखला में स्थानांतरित कर देता है। समस्या मैपिंग ओवरहेड: ब्लॉक डेटा को लगातार नए हैमिल्टोनियन उदाहरणों में पुनर्गठित करने की विलंबता और जटिलता गति लाभ को नकार सकती है। जैसा कि नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ स्टैंडर्ड्स एंड टेक्नोलॉजी (NIST) की पोस्ट-क्वांटम क्रिप्टोग्राफ़ी पर रिपोर्टों में उल्लेख किया गया है, संक्रमण जटिलता अक्सर नई योजनाओं के लिए घातक होती है।
निवेशकों और डेवलपर्स के लिए: स्टार्टअप्स नहीं, प्रयोगशालाओं पर नज़र रखें। वास्तविक प्रगति क्वांटम एनीलिंग निष्ठा में मूलभूत प्रगति और कमरे के तापमान, CMOS-संगत एनालॉग आइज़िंग मशीनों (जैसे स्टैनफोर्ड या NTT रिसर्च से) के विकास से आएगी। यह एक 5-10 वर्ष की क्षितिज की चाल है। पहले निजी श्रृंखलाओं के साथ पायलट करें। आपूर्ति श्रृंखला या IoT (जैसा कि उल्लेखित ADEPT अवधारणा) के लिए कंसोर्टियम ब्लॉकचेन सार्वजनिक क्रिप्टो अर्थशास्त्र की जंगली पश्चिमी दुनिया के बिना हार्डवेयर-आधारित सहमति का परीक्षण करने के लिए सही, कम जोखिम वाला सैंडबॉक्स हैं। सत्यापनकर्ता पर ध्यान केंद्रित करें। विजेता प्रोटोकॉल सबसे तेज़ सॉल्वर वाला नहीं होगा, बल्कि वह होगा जिसमें एक एनालॉग प्रमाण को सत्यापित करने की सबसे सुंदर, हल्की और विश्वास-न्यूनतम विधि होगी। यही सॉफ़्टवेयर चुनौती है जो इस विचार को सफल या विफल करेगी।
किसी भी नए PoW प्रस्ताव (एनालॉग या अन्य) का आलोचनात्मक मूल्यांकन करने के लिए, इस ढाँचे का उपयोग करें:
इस शोधपत्र पर अनुप्रयोग: यह प्रस्ताव (1) और (3) पर अच्छा स्कोर करता है, (4) पर संभावित रूप से अच्छा यदि हार्डवेयर विविध हो जाए, लेकिन (2) पर प्रमुख खुले प्रश्नों और (5) पर एक महत्वपूर्ण चुनौती का सामना करता है।
तत्काल अनुप्रयोग स्पष्ट है: एक अगली पीढ़ी का क्रिप्टोकरेंसी। हालाँकि, निहितार्थ व्यापक हैं। एक सफल एनालॉग PoW ब्लॉकचेन निम्नलिखित के लिए आदर्श सेटलमेंट लेयर हो सकता है:
भविष्य के शोध को संबोधित करना चाहिए: