當(dāng)中國(guó)“九章”問(wèn)世時(shí)，玻色采樣的量子優(yōu)越性突破席卷全球，在沸沸揚(yáng)揚(yáng)的傳播中，這項(xiàng)深?yuàn)W的量子計(jì)算任務(wù)似乎沒(méi)有明確的告知一個(gè)關(guān)鍵性問(wèn)題能實(shí)際產(chǎn)生有價(jià)值的應(yīng)用。
近日，來(lái)自澳大利亞和美國(guó)的大學(xué)的一組研究人員與量子安全公司BTQ進(jìn)行合作，發(fā)表了一項(xiàng)研究，報(bào)告說(shuō)玻色子采樣可以作為區(qū)塊鏈共識(shí)的工作量證明（PoW）方案，該方案依賴(lài)于量子計(jì)算技術(shù)來(lái)驗(yàn)證共識(shí)，這是許多區(qū)塊鏈協(xié)議的一個(gè)關(guān)鍵方面。
這篇預(yù)印本研究論文以“Proof-of-work consensus by quantum sampling”為題上傳到arXiv，文章詳細(xì)介紹了一套系統(tǒng)，作者聲稱(chēng)該系統(tǒng)“相對(duì)于經(jīng)典硬件的計(jì)算有顯著的加速，并且更加節(jié)能”。
玻色子采樣被認(rèn)為是量子計(jì)算中的一個(gè)專(zhuān)門(mén)問(wèn)題，它探索光子通過(guò)復(fù)雜的光學(xué)元件網(wǎng)絡(luò)（如分束器和探測(cè)器）時(shí)的行為。
在玻色子采樣中，目標(biāo)是在光子在光電路中受到干擾后對(duì)光子的輸出分布進(jìn)行采樣。
這種采樣問(wèn)題很難在經(jīng)典計(jì)算機(jī)上進(jìn)行模擬，因?yàn)榭赡艿慕Y(jié)果的數(shù)量隨著所涉及的光子和光學(xué)元件的數(shù)量呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。
根據(jù)研究人員的說(shuō)法，目前解決 PoW 共識(shí)難題的算法速度很慢，并且需要大量的計(jì)算資源來(lái)處理：“雖然像比特幣這樣的經(jīng)典 PoW 方案是出了名的能源效率低下，但我們基于玻色子采樣的 PoW 方案在量子硬件實(shí)施上可以實(shí)現(xiàn)一種更節(jié)能的替代方案。”
于是，研究人員使用一種稱(chēng)為粗粒度玻色子采樣（CGBS）的玻色子采樣方法。網(wǎng)絡(luò)中的用戶(hù)依賴(lài)于受當(dāng)前塊信息影響的特殊輸入。他們與網(wǎng)絡(luò)共享結(jié)果。然后，決定CGBS策略。這些策略用于檢查共享結(jié)果是否有效，并獎(jiǎng)勵(lì)成功完成任務(wù)的礦工。
從論文的內(nèi)容來(lái)看，該方案提供的量子優(yōu)勢(shì)也會(huì)增加挖礦難度，因此，隨著礦工數(shù)量的增加，“保持一致的區(qū)塊開(kāi)采時(shí)間”成為可能，可以進(jìn)一步激勵(lì)“量子礦工”的持續(xù)參與。
雖然，所用的玻色子采樣，并非一個(gè)全新的理念，但它在區(qū)塊鏈技術(shù)中的應(yīng)用似乎具有創(chuàng)新性。
過(guò)去，波色采樣問(wèn)題在應(yīng)用場(chǎng)景上不是很明晰，但研究人員稱(chēng)，它可能是面向未來(lái)的區(qū)塊鏈應(yīng)用程序的完美解決方案，并且有可能降低挖礦對(duì)比特幣區(qū)塊鏈和類(lèi)似區(qū)塊鏈的環(huán)境影響。
目前，經(jīng)典超級(jí)計(jì)算機(jī)相對(duì)于新型量子計(jì)算機(jī)的優(yōu)勢(shì)之一是：能夠在定期處理同一類(lèi)問(wèn)題時(shí)進(jìn)行“預(yù)計(jì)算”。但是，當(dāng)涉及到區(qū)塊鏈時(shí)，這種預(yù)計(jì)算基本上是浪費(fèi)的。
正如研究人員所說(shuō)，挖礦是一個(gè)“沒(méi)有進(jìn)展”的問(wèn)題。
無(wú)論解決多少次區(qū)塊鏈難題以提供工作量證明，計(jì)算機(jī)和算法處理帶來(lái)的挑戰(zhàn)永遠(yuǎn)都無(wú)法更好地解決問(wèn)題。
這意味著，盡管量子計(jì)算機(jī)的開(kāi)發(fā)具有挑戰(zhàn)性且構(gòu)建和維護(hù)成本高昂，但最終還是能夠比最先進(jìn)的經(jīng)典系統(tǒng)更有效地驗(yàn)證共識(shí)。
引用：
[1]https://thequantuminsider.com/2023/06/02/researchers-mine-boson-sampling-for-quantum-blockchain-approach/
[2]https://arxiv.org/pdf/2305.19865.pdf
[3]https://cointelegraph.com/news/scientists-propose-quantum-proof-of-work-consensus-for-blockchain
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