Kertas kerja ini mencadangkan pemikiran semula asas terhadap tulang belakang kriptografi teknologi rantaian blok. Secara tradisional dilihat sebagai ancaman, platform pengkomputeran kuantum diposisikan semula sebagai pemangkin untuk protokol bukti kerja (PoW) yang baharu, lebih cekap, dan terdesentralisasi. Penulis, Kalinin dan Berloff, berhujah untuk peralihan daripada skim PoW digital yang intensif pengiraan kepada bukti yang dijana oleh pengoptimum Hamiltonian analog—sistem fizikal yang secara semula jadi mencari keadaan tenaga rendah. Pendekatan ini bertujuan menangani dua kelemahan utama rantaian blok: pemusatan kuasa perlombongan yang berlebihan dan masa pengesahan transaksi yang perlahan.
PoW intensif tenaga dan terpusat yang menghadkan skalabiliti dan penerimaan rantaian blok.
Memanfaatkan pengoptimuman fizikal (kuantum/analog) untuk konsensus yang lebih pantas dan terdesentralisasi.
Transaksi lebih pantas, jejak tenaga berkurangan, keselamatan rangkaian dipertingkatkan.
Cadangan ini berpusat pada menggantikan teka-teki hash kriptografi dalam PoW tradisional (contohnya, SHA-256 Bitcoin) dengan masalah pengoptimuman yang diselesaikan oleh peranti fizikal khusus.
Dalam rantaian blok semasa, pelombong bersaing untuk mencari nonce yang, apabila di-hash bersama data blok, menghasilkan output di bawah sasaran tertentu. Ini adalah pengiraan digital secara kekerasan yang boleh diparalelkan secara besar-besaran. Kertas kerja ini mengenal pasti ini sebagai punca utama pemusatan kolam perlombongan dan kependaman tinggi.
Ini adalah sistem fizikal yang dinamiknya diterangkan oleh Hamiltonian ($H$) dan berevolusi untuk meminimumkan tenaganya. "Bukti" tersebut adalah keadaan akhir tenaga rendah sistem, yang sukar dikira secara digital tetapi semula jadi untuk sistem analog temui. Kerja tersebut adalah tenaga yang digunakan oleh peranti fizikal untuk mencapai keadaan ini.
Rangkaian rantaian blok akan bersetuju dengan masalah pengoptimuman sukar, dirumuskan sebagai mencari keadaan asas bagi Hamiltonian kompleks. Pelombong akan menggunakan perkakasan pengoptimum analog yang diluluskan (contohnya, penyejuk kuantum D-Wave atau simulator fotonik) untuk mencari penyelesaian. Penyelesaian tenaga rendah yang sah pertama yang dihantar membentuk PoW untuk blok seterusnya.
Kertas kerja ini secara khusus menyebut sistem D-Wave. Masalah PoW rantaian blok akan dipetakan kepada Hamiltonian model Ising: $H_{\text{Ising}} = -\sum_{i Penerangan Carta (Konseptual): Graf menunjukkan masa-ke-penyelesaian untuk masalah pengoptimuman kombinatorial pada paksi-y, berbanding kerumitan masalah pada paksi-x. Dua garisan ditunjukkan: satu untuk pengiraan digital klasik (lengkung eksponen curam) dan satu untuk penyejuk kuantum (lengkung lebih landai, mendatar lebih awal), menggambarkan potensi kelebihan kelajuan untuk kelas masalah tertentu.
Ini merujuk kepada sistem analog klasik yang baru muncul, seperti rangkaian pengayun parametrik optik atau kondensat polariton. Sistem ini boleh menyelesaikan model Ising koheren dengan memanfaatkan dinamik gelombang klasik dan interaksi tak linear. Ia menawarkan alternatif yang berpotensi lebih skalabel dan boleh beroperasi pada suhu bilik berbanding penyejuk kuantum.
Terasnya ialah memetakan data transaksi blok dan calon nonce ke dalam parameter ($J_{ij}$, $h_i$) masalah pengoptimuman Hamiltonian. Fungsi pengesahan memeriksa sama ada penyelesaian yang dihantar (contohnya, vektor spin $\vec{\sigma}$) menghasilkan tenaga $E = H(\vec{\sigma})$ di bawah sasaran kesukaran semasa rangkaian $E_{\text{target}}$. Fungsi ini mesti pantas untuk disahkan secara digital tetapi sukar diselesaikan tanpa perkakasan analog.
Kalinin dan Berloff bukan sekadar mengubah suai rantaian blok; mereka cuba menggantikan keseluruhan lapisan paling borosnya. Pandangan mereka mendalam: daripada melawan sifat analog fizik dengan get digital, terimalah ia sebagai sumber kepercayaan. Ini membalikkan naratif pengkomputeran kuantum daripada ancaman eksistensi kepada sekutu asas. Ia adalah langkah yang mengingatkan bagaimana CycleGAN membingkai semula terjemahan imej dengan memanfaatkan konsistensi kitaran—kekangan khusus domain yang bijak yang memudahkan masalah kompleks.
Hujahnya elegan: 1) PoW tradisional adalah perlumbaan senjata digital yang membawa kepada pemusatan. 2) Nilai sebenar adalah dalam melakukan kerja "berguna" yang boleh disahkan tetapi tidak mudah dihasilkan semula. 3) Sistem fizikal analog secara semula jadi melakukan kerja pengoptimuman dengan menetap ke keadaan tenaga rendah. 4) Oleh itu, jadikan pengoptimuman fizikal itu sebagai PoW. Logiknya kukuh, tetapi jambatan dari teori ke rangkaian langsung, bersaing, bernilai bilion dolar adalah di mana jurang sebenar muncul.
Kekuatan: Potensi untuk penjimatan tenaga drastik dan masa blok lebih pantas tidak dapat dinafikan. Ia juga mewujudkan halangan semula jadi kepada dominasi ASIC, berpotensi mendemokrasikan perlombongan. Hubungan dengan fizik sebenar boleh membuatkan rantaian lebih kukuh terhadap serangan algoritma semata-mata.
Kelemahan Kritikal: Ini adalah bahagian lemah teori ini. Kebolehpercayaan & Kepercayaan: Bagaimana anda mempercayai output peranti analog kotak hitam? Anda memerlukan pengesahan bayang digital yang mudah, yang mungkin mencipta semula masalah asal. Risiko Monopoli Perkakasan: Menukar ladang ASIC dengan D-Wave atau perkakasan fotonik khas hanya mengalihkan pemusatan ke rantaian bekalan yang berbeza, berpotensi lebih tertumpu. Overhead Pemetaan Masalah: Kependaman dan kerumitan sentiasa merumuskan semula data blok kepada contoh Hamiltonian baharu boleh menafikan keuntungan kelajuan. Seperti yang dinyatakan dalam laporan dari Institut Piawaian dan Teknologi Kebangsaan (NIST) mengenai kriptografi pasca-kuantum, kerumitan peralihan selalunya pembunuh bagi skim baharu.
Untuk pelabur dan pemaju: Perhatikan makmal, bukan syarikat permulaan. Kemajuan sebenar akan datang daripada kemajuan asas dalam kesetiaan penyejukan kuantum dan pembangunan mesin Ising analog yang serasi dengan CMOS dan suhu bilik (seperti dari Stanford atau NTT Research). Ini adalah permainan ufuk 5-10 tahun. Pilot dengan rantaian persendirian dahulu. Rantaian blok konsortium untuk rantaian bekalan atau IoT (seperti konsep ADEPT yang disebut) adalah kotak pasir berisiko rendah yang sempurna untuk menguji konsensus berasaskan perkakasan tanpa ekonomi kripto awam yang liar. Tumpu pada pengesah. Protokol yang menang bukanlah yang mempunyai penyelesai paling pantas, tetapi yang mempunyai kaedah paling elegan, ringan, dan meminimumkan kepercayaan untuk mengesahkan bukti analog. Itulah cabaran perisian yang akan menentukan kejayaan idea ini.
Untuk menilai secara kritikal sebarang cadangan PoW baharu (analog atau lain), gunakan kerangka ini:
Aplikasi kepada Kertas Kerja Ini: Cadangan ini mendapat skor baik pada (1) dan (3), berpotensi baik pada (4) jika perkakasan mempelbagaikan, tetapi menghadapi soalan terbuka utama pada (2) dan cabaran signifikan pada (5).
Aplikasi segera adalah jelas: mata wang kripto generasi seterusnya. Walau bagaimanapun, implikasinya lebih luas. Rantaian blok PoW analog yang berjaya boleh menjadi lapisan penyelesaian ideal untuk:
Penyelidikan Masa Depan Mesti Menangani: