2.1. 工作量證明問題
喺現有嘅區塊鏈中，礦工競爭尋找一個隨機數（nonce），當佢同區塊數據一齊進行哈希運算時，會產生一個低於特定目標值嘅輸出。呢個係一種暴力、可大規模並行化嘅數字計算。本文認為呢個係導致礦池中心化同高延遲嘅根本原因。
1. 引言與概述
本文提出對區塊鏈技術密碼學骨幹嘅根本性重新思考。傳統上被視為威脅嘅量子計算平台，被重新定位為一種全新、更高效、更去中心化嘅工作量證明（PoW）協議嘅推動者。作者Kalinin同Berloff主張，從數字化、計算密集型嘅PoW方案，轉向由模擬哈密頓優化器——即自然尋求低能量狀態嘅物理系統——所產生嘅證明。呢種方法旨在解決區塊鏈嘅兩大弱點：挖礦權力過度集中同交易確認時間緩慢。
解決嘅核心問題
能源密集型、中心化嘅PoW限制咗區塊鏈嘅可擴展性同採用。
提議嘅解決方案
利用物理優化（量子/模擬）實現更快、更去中心化嘅共識。
目標成果
更快嘅交易、減少能源足跡、增強網絡安全。
2. 核心概念與方法論
呢個提議嘅核心係用一個由專門物理設備解決嘅優化問題，取代傳統PoW（例如比特幣嘅SHA-256）中嘅密碼學哈希難題。
2.2. 模擬哈密頓優化器
呢啲係物理系統，其動力學由哈密頓量（$H$）描述，並且會演化以最小化其能量。「證明」就係系統最終嘅低能量狀態，呢個狀態好難用數字方式計算，但對模擬系統嚟講就好自然可以搵到。「工作量」就係物理設備為達到呢個狀態所消耗嘅能量。
2.3. 提議嘅協議轉變
區塊鏈網絡會就一個困難嘅優化問題達成共識，該問題被表述為尋找一個複雜哈密頓量嘅基態。礦工會使用經批准嘅模擬優化器硬件（例如D-Wave量子退火器或光子模擬器）嚟尋找解決方案。第一個提交嘅有效低能量解決方案就構成下一個區塊嘅PoW。
3. 技術實現
3.1. 量子退火硬件
本文特別提到D-Wave系統。區塊鏈嘅PoW問題會被映射到一個伊辛模型哈密頓量：$H_{\text{Ising}} = -\sum_{i 圖表描述（概念性）： 一幅圖表，y軸顯示組合優化問題嘅求解時間，x軸顯示問題複雜度。圖中有兩條線：一條代表經典數字計算（陡峭嘅指數曲線），另一條代表量子退火器（較平緩嘅曲線，更早趨於平穩），說明咗對於某啲問題類別嘅潛在速度優勢。
3.2. 增益耗散模擬器
呢個係指新興嘅經典模擬系統，例如光學參量振盪器網絡或極化子凝聚體。呢啲系統可以利用經典波動力學同非線性相互作用嚟解決相干伊辛模型。佢哋提供咗一個潛在更可擴展、可在室溫下操作嘅替代方案，以取代量子退火器。
3.3. 數學框架
核心係將一個區塊嘅交易數據同一個候選隨機數映射到一個哈密頓優化問題嘅參數（$J_{ij}$、$h_i$）中。驗證函數會檢查提交嘅解決方案（例如一個自旋向量$\vec{\sigma}$）所產生嘅能量$E = H(\vec{\sigma})$係咪低於網絡當前嘅難度目標$E_{\text{target}}$。呢個函數必須能夠快速用數字方式驗證，但冇模擬硬件就好難解決。
4. 分析與批判性評估
核心洞見
Kalinin同Berloff唔係只係微調區塊鏈；佢哋係嘗試對其最浪費嘅一層進行全棧替換。佢哋嘅洞見非常深刻：與其用數字門電路對抗物理嘅模擬特性，不如擁抱佢，將其作為信任嘅來源。呢個將量子計算從存在性威脅轉變為基礎性盟友。呢個舉動令人諗起CycleGAN如何通過利用循環一致性——一個聰明、特定領域嘅約束，簡化咗一個複雜問題——來重新定義圖像翻譯。
邏輯流程
論證非常優雅：1) 傳統PoW係一場導致中心化嘅數字軍備競賽。2) 真正嘅價值在於執行「有用」嘅、可驗證但唔易複製嘅「工作」。3) 模擬物理系統通過穩定喺低能量狀態，自然執行優化「工作」。4) 因此，將呢種物理優化作為PoW。邏輯係合理嘅，但從理論到一個實時、對抗性、價值數十億嘅網絡之間嘅橋樑，先係真正出現缺口嘅地方。
優點與缺陷
優點： 大幅節省能源同加快出塊時間嘅潛力係無可否認嘅。佢亦創造咗一個天然屏障，防止ASIC主導，有可能令挖礦更加民主化。與真實物理嘅聯繫可能令條鏈更能抵禦純粹嘅算法攻擊。
關鍵缺陷： 呢個係理論嘅軟肋。可驗證性與信任： 點樣信任一個黑盒模擬設備嘅輸出？你需要一個容易嘅數字影子驗證，但呢個可能會重新製造出原本嘅問題。硬件壟斷風險： 用D-Wave或定制光子硬件取代ASIC礦場，只係將中心化轉移到另一個可能更集中嘅供應鏈。問題映射開銷： 不斷將區塊數據重新表述為新哈密頓實例所帶來嘅延遲同複雜性，可能會抵消速度增益。正如美國國家標準與技術研究院（NIST）關於後量子密碼學嘅報告所指，過渡複雜性往往係新穎方案嘅致命傷。
可行嘅見解
對於投資者同開發者：關注實驗室，唔係初創公司。 真正嘅進展將來自量子退火保真度嘅根本性進步，以及室溫、CMOS兼容嘅模擬伊辛機（例如史丹福大學或NTT Research嘅產品）嘅發展。呢個係一個5-10年嘅長遠佈局。首先喺私有鏈試行。 用於供應鏈或物聯網（如提及嘅ADEPT概念）嘅聯盟區塊鏈，係測試基於硬件嘅共識嘅完美、低風險沙盒，冇公共加密經濟嘅狂野西部環境。專注於驗證器。 勝出嘅協議唔會係擁有最快求解器嘅嗰個，而係擁有最優雅、最輕量、信任最小化嘅方法嚟驗證模擬證明嘅嗰個。呢個就係決定呢個想法成敗嘅軟件挑戰。
分析框架示例：評估一個PoW協議
要批判性評估任何新嘅PoW提議（模擬或其他），請使用呢個框架：
- 工作量不對稱性： 執行工作係咪本質上比驗證更難？評分：高（模擬求解） vs. 低（驗證）。
- 硬件進展曲線： 效率提升有幾快（摩爾定律 vs. 量子/模擬縮放定律）？曲線越陡峭越有利於中心化。
- 問題獨特性： 工作可以預先計算或跨區塊重用嗎？必須高以防止攻擊。
- 經濟去中心化： 所需硬件嘅資本成本、運營成本同可及性。
- 安全假設： 關於物理硬件嘅信任假設係乜？佢哋可審計嗎？
應用於本文： 呢個提議喺（1）同（3）方面得分高，如果硬件多樣化，喺（4）方面潛力亦好，但喺（2）方面面臨重大開放性問題，並且喺（5）方面面臨重大挑戰。
5. 應用前景與未來方向
直接應用好明確：下一代加密貨幣。然而，影響更廣泛。一個成功嘅模擬PoW區塊鏈可能係以下領域嘅理想結算層：
- 高頻物聯網微支付： 機器之間以亞秒級最終性進行交易。
- 去中心化物理基礎設施網絡（DePIN）： 其中「工作」甚至可以同現實世界嘅傳感器數據或物理計算聯繫起來。
- 安全投票系統： 利用物理過程固有嘅隨機性同獨特性進行選票生成同驗證。
未來研究必須解決：
- 為區塊標準化一種「哈密頓描述語言」。
- 為模擬證明開發穩健、輕量級嘅數字驗證算法。
- 為模擬硬件創建可信執行環境或密碼學證明，以防止欺騙。
- 探索混合模型，其中模擬PoW用於快速創建區塊，並配以一個次要、較慢嘅數字PoW或權益證明層用於最終性。
6. 參考文獻
- Nakamoto, S. (2008). Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System.
- Catalini, C., & Gans, J. S. (2016). Some Simple Economics of the Blockchain. NBER Working Paper.
- Y.-H. Oh, S. Kais. (2021). Quantum computing and blockchain: Overview, challenges, and opportunities. IEEE Transactions on Quantum Engineering.
- Johnson, M. W., et al. (2011). Quantum annealing with manufactured spins. Nature.
- Wang, Z., Marandi, A., Wen, K., Byer, R. L., & Yamamoto, Y. (2013). Coherent Ising machine based on degenerate optical parametric oscillators. Physical Review A.
- National Institute of Standards and Technology (NIST). (2022). Post-Quantum Cryptography Standardization. [Online]. Available: https://csrc.nist.gov/Projects/post-quantum-cryptography