Karatasi hii inapendekeza kufikiria upya kimsingi uti wa mgongo wa kriptografia wa teknolojia ya blockchain. Kihistoria, mifumo ya kompyuta ya quantum imeonekana kama tishio, lakini sasa inawekwa upya kama kiwezeshaji cha itifaki mpya, yenye ufanisi zaidi na ya utawala-wengi ya uthibitishaji wa kazi (PoW). Waandishi, Kalinin na Berloff, wanasisitiza mabadiliko kutoka kwa mipango ya PoW ya kidijitali, yenye utumiaji mkubwa wa kompyuta, kwenda kwa uthibitishaji unaozalishwa na vivinjari vya analog vya Hamiltonian—mifumo ya kimwili ambayo kiasili hutafuta hali za nishati ya chini. Njia hii inalenga kushughulikia kasoro mbili kuu za blockchain: utawala mkubwa wa nguvu ya uchimbaji na muda mrefu wa uthibitishaji wa manunuzi.
PoW yenye utumiaji mkubwa wa nishati na utawala mkubwa inayozuia uwezo wa kuongezeka kwa blockchain na matumizi yake.
Kutumia uboreshaji wa kimwili (quantum/analog) kwa makubaliano ya haraka zaidi na yenye utawala-wengi zaidi.
Manunuzi ya haraka, kupunguzwa kwa athari ya nishati, usalama ulioimarishwa wa mtandao.
Pendekezo hili linalenga kubadilisha fumbo la hash la kriptografia katika PoW ya jadi (k.m., SHA-256 ya Bitcoin) na tatizo la uboreshaji linalotatuliwa na kifaa maalum cha kimwili.
Katika blockchain za sasa, wachimbaji wanashindana kupata nambari ya kipekee (nonce) ambayo, inapochanganywa na data ya kizuizi, inazalisha matokeo chini ya lengo fulani. Hii ni hesabu ya kidijitali ya nguvu-kavu, inayoweza kufanywa sambamba kwa wingi. Karatasi hii inaibainisha hii kama chanzo cha msingi cha utawala mkubwa wa vikundi vya uchimbaji na ucheleweshaji mkubwa.
Hizi ni mifumo ya kimwili ambayo mienendo yao inaelezewa na Hamiltonian ($H$) na ambayo hubadilika ili kupunguza nishati yao. "Uthibitishaji" ni hali ya mwisho ya mfumo, ya nishati ya chini, ambayo ni ngumu kuhesabu kwa kidijitali lakini ni ya kawaida kwa mfumo wa analog kuipata. Kazi ni nishati inayotumika na kifaa cha kimwili kufikia hali hii.
Mtandao wa blockchain ungekubaliana juu ya tatizo gumu la uboreshaji, lililoundwa kama kupata hali ya msingi ya Hamiltonian tata. Wachimbaji wangetumia vifaa vya analog vya uboreshaji vilivyoidhinishwa (k.m., kiannealeri cha quantum cha D-Wave au kigaji cha fotoni) kupata suluhisho. Suluhisho la kwanza halali, la nishati ya chini linalowasilishwa ndilo linalokuwa PoW ya kizuizi kifuatacho.
Karatasi hii inataja hasa mifumo ya D-Wave. Tatizo la PoW la blockchain lingepelekwa kwenye mfano wa Hamiltonian wa Ising: $H_{\text{Ising}} = -\sum_{i Maelezo ya Chati (Ya Dhana): Grafu inayoonyesha muda-wa-suluhisho kwa tatizo la uboreshaji la mchanganyiko kwenye mhimili wa y, dhidi ya ugumu wa tatizo kwenye mhimili wa x. Mistari miwili imeonyeshwa: moja kwa hesabu ya jadi ya kidijitali (mkunjo mkali wa kielelezo) na nyingine kwa kiannealeri cha quantum (mkunjo mwenye mwinuko mdogo, ukikaa tayari mapema), ikionyesha faida ya kasi inayowezekana kwa aina fulani za matatizo.
Hii inahusu mifumo mipya ya analog ya jadi, kama vile mitandao ya viendeshaji vya optical parametric au condensates za polariton. Mifumo hii inaweza kutatua mifano ya Ising yenye mshikamano kwa kutumia mienendo ya wimbi la jadi na mwingiliano usio na mstari. Inatoa chaguo linalowezekana la kuongezeka kwa uwezo na la kufanya kazi kwenye halijoto ya kawaida kuliko viannealeri vya quantum.
Kiini ni kupeleka data ya manunuzi ya kizuizi na nambari ya kipekee inayowezekana (nonce) ndani ya vigezo ($J_{ij}$, $h_i$) vya tatizo la uboreshaji la Hamiltonian. Kitendakazi cha uthibitishaji kinakagua ikiwa suluhisho lililowasilishwa (k.m., vekta ya spin $\vec{\sigma}$) linazalisha nishati $E = H(\vec{\sigma})$ chini ya lengo la ugumu la sasa la mtandao $E_{\text{target}}$. Kitendakazi hicho lazima kiwe rahisi kuthibitisha kwa kidijitali lakini ngumu kutatua bila vifaa vya analog.
Kalinin na Berloff hawabadilishi tu blockchain; wanajaribu kubadilisha kabisa safu yake iliyotumia nishati kupita kiasi. Uelewa wao ni wa kina: badala ya kupigana na hali ya asili ya analog ya fizikia kwa milango ya kidijitali, ikubali kama chanzo cha uaminifu. Hii inabadilisha hadithi kuhusu kompyuta ya quantum kutoka tishio la kuwepo hadi mshirika wa msingi. Ni hatua inayokumbusha jinsi CycleGAN ilivyobadilisha tafsiri ya picha kwa kutumia uthabiti wa mzunguko—kizuizi chenye akili, maalum kwa uwanja ambacho kilirahisisha tatizo gumu.
Hoja ni nzuri: 1) PoW ya jadi ni mbio ya silaha za kidijitali inayosababisha utawala mkubwa. 2) Thamani halisi iko katika kufanya kazi "yenye manufaa" ambayo inaweza kuthibitishwa lakini si rahisi kuigiza. 3) Mifumo ya kimwili ya analog kiasili hufanya kazi ya uboreshaji kwa kukaa katika hali za nishati ya chini. 4) Kwa hivyo, fanya uboreshaji huo wa kimwili uwe PoW. Mantiki ni sahihi, lakini daraja kutoka nadharia hadi mtandao wa moja kwa moja, wenye upinzani, wenye thamani ya bilioni ya dola ndipo pengo halisi linapoonekana.
Nguvu: Uwezekano wa kuokoa nishati kwa kiasi kikubwa na vipindi vya kuzuizi vya haraka hauweza kukataliwa. Pia inaunda kizuizi cha asili dhidi ya utawala wa ASIC, kwa uwezekano wa kuleta utawala-wengi katika uchimbaji. Uhusiano na fizikia halisi unaweza kufanya mnyororo kuwa imara zaidi dhidi ya mashambulio ya ki-algorithimu tu.
Kasoro Muhimu: Hii ndiyo upande dhaifu wa nadharia. Uthibitishaji & Uaminifu: Unawezaje kuamini matokeo ya kifaa cha analog cha kisanduku nyeusi? Unahitaji uthibitishaji wa kivuli wa kidijitali ambao ni rahisi, ambao unaweza kuunda tena tatizo la asili. Hatari ya Udhibiti wa Vifaa: Kubadilisha mashamba ya ASIC na D-Wave au vifaa vya fotoni vilivyoundwa maalum kunahamisha tu utawala mkubwa kwenye mnyororo tofauti wa usambazaji, ambao kwa uwezekano umekusanyika zaidi. Mzigo wa Kupeleka Tatizo: Ucheleweshaji na ugumu wa kuunda tena kila wakati data ya kizuizi kuwa mifano mpya ya Hamiltonian kunaweza kufuta faida za kasi. Kama ilivyoelezwa katika ripoti kutoka Taasisi ya Kitaifa ya Viwango na Teknolojia (NIST) kuhusu kriptografia ya baada ya quantum, ugumu wa mpito mara nyingi ndio kinachoua mipango mipya.
Kwa wawekezaji na watengenezaji programu: Angalia maabara, sio kampuni za kuanzisha. Maendeleo halisi yatakuja kutoka kwa maendeleo ya msingi katika uaminifu wa uchocheaji wa quantum na ukuzaji wa mashine za Ising za analog zinazofanya kazi kwenye halijoto ya kawaida, zinazolingana na CMOS (kama zile kutoka Stanford au NTT Research). Hii ni mpango wa miaka 5-10. Anza na minyororo ya kibinafsi kwanza. Blockchain za ushirika kwa mnyororo wa usambazaji au IoT (kama dhana ya ADEPT iliyotajwa) ndizo uwanja bora, wenye hatari ndogo wa kujaribu makubaliano yanayotegemea vifaa bila uchumi wa hali ya juu wa umma wa crypto. Lenga mthibitishaji. Itifaki itakayoshinda haitakuwa ile yenye kitatua kilicho haraka zaidi, bali ile yenye njia nzuri zaidi, nyepesi, na yenye kupunguza uaminifu wa kuthibitisha uthibitishaji wa analog. Hilo ndilo changamoto ya programu ambalo litaifanya au kulivunja wazo hili.
Ili kutathmini kwa kina pendekezo lolote jipya la PoW (analog au vinginevyo), tumia mfumo huu:
Matumizi kwa Karatasi Hii: Pendekezo hili lina alama nzuri kwenye (1) na (3), kwa uwezekano nzuri kwenye (4) ikiwa vifaa vitatofautiana, lakini linakabiliwa na maswali makubwa wazi kwenye (2) na changamoto kubwa kwenye (5).
Matumizi ya haraka yanaonekana wazi: sarafu ya kriptografia ya kizazi kijacho. Hata hivyo, athari ni pana zaidi. Blockchain ya PoW ya analog iliyofanikiwa inaweza kuwa safu bora ya malipo ya:
Utafiti wa Baadaye Lazima Ushughulikie: