Este artigo propõe uma reavaliação fundamental da espinha dorsal criptográfica da tecnologia blockchain. Tradicionalmente vistas como uma ameaça, as plataformas de computação quântica são reposicionadas como um facilitador para um novo protocolo de proof-of-work (PoW) mais eficiente e descentralizado. Os autores, Kalinin e Berloff, defendem uma mudança dos esquemas de PoW digitais e intensivos em computação para provas geradas por otimizadores hamiltonianos analógicos—sistemas físicos que naturalmente buscam estados de baixa energia. Esta abordagem visa atacar os dois calcanhares de Aquiles da blockchain: a centralização excessiva do poder de mineração e os tempos lentos de confirmação de transações.
PoW intensivo em energia e centralizado, limitando a escalabilidade e adoção da blockchain.
Aproveitar a otimização física (quântica/analógica) para um consenso mais rápido e descentralizado.
Transações mais rápidas, pegada energética reduzida, segurança da rede aprimorada.
A proposta centra-se em substituir o quebra-cabeça de hash criptográfico no PoW tradicional (por exemplo, o SHA-256 do Bitcoin) por um problema de otimização resolvido por um dispositivo físico especializado.
Nas blockchains atuais, os mineradores competem para encontrar um nonce que, quando submetido a hash com os dados do bloco, produza um resultado abaixo de um determinado alvo. Esta é uma computação digital de força bruta e massivamente paralelizável. O artigo identifica isto como a causa raiz da centralização dos pools de mineração e da alta latência.
Estes são sistemas físicos cuja dinâmica é descrita por um hamiltoniano ($H$) e que evoluem para minimizar sua energia. A "prova" é o estado final de baixa energia do sistema, que é difícil de calcular digitalmente, mas natural para o sistema analógico encontrar. O trabalho é a energia gasta pelo dispositivo físico para atingir este estado.
A rede blockchain concordaria com um problema de otimização difícil, formulado como a busca do estado fundamental de um hamiltoniano complexo. Os mineradores usariam hardware aprovado de otimizador analógico (por exemplo, um quantum annealer da D-Wave ou um simulador fotónico) para encontrar uma solução. A primeira solução válida de baixa energia submetida constitui o PoW para o próximo bloco.
O artigo cita especificamente os sistemas D-Wave. O problema de PoW da blockchain seria mapeado para um hamiltoniano do modelo de Ising: $H_{\text{Ising}} = -\sum_{i Descrição do Gráfico (Conceptual): Um gráfico mostrando o tempo para solução de um problema de otimização combinatória no eixo y, versus a complexidade do problema no eixo x. Duas linhas são mostradas: uma para computação digital clássica (curva exponencial íngreme) e uma para um quantum annealer (curva mais suave, estabilizando mais cedo), ilustrando a potencial vantagem de velocidade para certas classes de problemas.
Isto refere-se a sistemas analógicos clássicos emergentes, como redes de osciladores paramétricos ópticos ou condensados de polaritões. Estes sistemas podem resolver modelos de Ising coerentes explorando dinâmicas de ondas clássicas e interações não lineares. Eles oferecem uma alternativa potencialmente mais escalável e operável à temperatura ambiente em comparação com os quantum annealers.
O cerne é mapear os dados transacionais de um bloco e um nonce candidato nos parâmetros ($J_{ij}$, $h_i$) de um problema de otimização hamiltoniana. A função de validação verifica se a solução submetida (por exemplo, um vetor de spin $\vec{\sigma}$) produz uma energia $E = H(\vec{\sigma})$ abaixo do alvo de dificuldade atual da rede $E_{\text{target}}$. A função deve ser rápida de verificar digitalmente, mas difícil de resolver sem o hardware analógico.
Kalinin e Berloff não estão apenas ajustando a blockchain; eles estão tentando uma substituição completa da sua camada mais dispendiosa. O seu insight é profundo: em vez de combater a natureza analógica da física com portas digitais, abraçá-la como a fonte de confiança. Isto inverte o papel da computação quântica, de ameaça existencial para aliada fundamental. É um movimento reminiscente de como a CycleGAN reformulou a tradução de imagens ao aproveitar a consistência de ciclo—uma restrição inteligente e específica do domínio que simplificou um problema complexo.
O argumento é elegante: 1) O PoW tradicional é uma corrida armamentista digital que leva à centralização. 2) O valor real está em realizar um trabalho "útil" que é verificável mas não facilmente reproduzível. 3) Sistemas físicos analógicos realizam naturalmente o trabalho de otimização ao estabilizarem em estados de baixa energia. 4) Portanto, tornar essa otimização física o PoW. A lógica é sólida, mas a ponte da teoria para uma rede adversária, ao vivo e de milhares de milhões de dólares é onde as verdadeiras lacunas aparecem.
Pontos Fortes: O potencial para poupanças drásticas de energia e tempos de bloco mais rápidos é inegável. Também cria uma barreira natural ao domínio dos ASICs, potencialmente democratizando a mineração. A ligação à física real poderia tornar a cadeia mais robusta contra ataques puramente algorítmicos.
Fraquezas Críticas: Esta é a parte vulnerável da teoria. Verificabilidade & Confiança: Como confiar na saída de um dispositivo analógico de caixa preta? É necessária uma verificação digital paralela que seja fácil, o que pode recriar o problema original. Risco de Monopólio de Hardware: Trocar quintas de ASICs por hardware da D-Wave ou fotónico personalizado apenas desloca a centralização para uma cadeia de abastecimento diferente, potencialmente mais concentrada. Sobrecarga de Mapeamento do Problema: A latência e complexidade de reformular constantemente os dados do bloco em novas instâncias hamiltonianas podem anular os ganhos de velocidade. Como observado em relatórios do National Institute of Standards and Technology (NIST) sobre criptografia pós-quântica, a complexidade da transição é frequentemente o fator decisivo para esquemas novos.
Para investidores e desenvolvedores: Observem os laboratórios, não as startups. O progresso real virá de avanços fundamentais na fidelidade do quantum annealing e no desenvolvimento de máquinas de Ising analógicas compatíveis com CMOS e operáveis à temperatura ambiente (como as da Stanford ou da NTT Research). Esta é uma jogada com horizonte de 5-10 anos. Pilotar primeiro com cadeias privadas. Blockchains de consórcio para cadeia de abastecimento ou IoT (como o conceito ADEPT mencionado) são o campo de testes perfeito, de baixo risco, para testar consenso baseado em hardware sem a economia selvagem das criptomoedas públicas. Focar no verificador. O protocolo vencedor não será aquele com o solucionador mais rápido, mas aquele com o método mais elegante, leve e que minimize a confiança para verificar uma prova analógica. Esse é o desafio de software que fará ou quebrará esta ideia.
Para avaliar criticamente qualquer nova proposta de PoW (analógica ou outra), use esta estrutura:
Aplicação a Este Artigo: A proposta pontua bem em (1) e (3), potencialmente bem em (4) se o hardware se diversificar, mas enfrenta grandes questões em aberto em (2) e um desafio significativo em (5).
A aplicação imediata é clara: uma criptomoeda de próxima geração. No entanto, as implicações são mais amplas. Uma blockchain de PoW analógico bem-sucedida poderia ser a camada de liquidação ideal para:
Investigação Futura Deve Abordar: