اخبار کوانتومی – محققان بلاک چینی را آزمایش می کنند که فقط کامپیوترهای کوانتومی میتوانند آن را استخراج کنند

عنوان خبر:  محققان بلاک چینی را آزمایش می کنند که فقط کامپیوترهای کوانتومی میتوانند آن را استخراج کنند.
ژانر/موضوع: محاسبات کوانتومی، بلاک چین کوانتومی

تاریخ انتشار خبر: 22 مارس 2025
لینک خبر: The Quantum Insider

چکیده:

محققان D-Wave یک نمونه اولیه بلاکچین با استفاده از اثبات کار کوانتومی (PoQ) توسعه داده‌اند که در آن استخراج (mining) تنها با رایانه‌های کوانتومی امکان‌پذیر است. برخلاف اثبات کار کلاسیک (PoW) که انرژی زیادی مصرف می‌کند، PoQ از برتری کوانتومی بهره می‌برد تا مسائلی را حل کند که برای رایانه‌های کلاسیک غیرممکن است، و مصرف انرژی را ۱۰۰۰ برابر کاهش می‌دهد. نمونه اولیه آن‌ها بر روی چهار پردازنده کوانتومی D-Wave اجرا شد و ۷۵٪ کارایی استخراج و اجماع پایدار را نشان داد. یک سیستم اعتبارسنجی احتمالاتی برای اطمینان از پایداری بلاکچین در برابر تصادفی بودن کوانتومی ایجاد شده است. با وجود چالش‌هایی مانند هزینه بالای محاسبات کوانتومی و نگرانی‌های امنیتی، این تحقیق گامی مهم در ادغام محاسبات کوانتومی با فناوری بلاکچین و سیستم‌های مالی غیرمتمرکز محسوب می‌شود.

شرح کامل خبر:

محققان D-Wave یک نمونه اولیه پیشگامانه از بلاکچین توسعه داده‌اند که از محاسبات کوانتومی برای استخراج استفاده می‌کند و نخستین کاربرد واقعی برتری کوانتومی در فناوری بلاکچین را نشان می‌دهد. این مطالعه که در arXiv منتشر شده است، یک مکانیسم اجماع جدید به نام اثبات کار کوانتومی یا proof of quantum work (PoQ) ارائه می‌دهد که جایگزین روش اثبات کار کلاسیک یا classical proof of work (PoW) می‌شود که نیاز به مصرف انرژی بالایی دارد. با استفاده از قدرت پردازشی رایانه‌های کوانتومی، محققان قصد دارند دو چالش اساسی سیستم‌های بلاکچین سنتی یعنی عدم بهره‌وری انرژی و مقیاس‌پذیری را حل کنند.

پیش‌زمینه: مشکل استخراج در بلاکچین کلاسیک

سیستم‌های بلاکچین مبتنی بر PoW، مانند بیت‌کوین، متکی به حل معماهای رمزنگاری پیچیده توسط ماینرها هستند. این فرایند، بلاکچین را ایمن نگه می‌دارد زیرا تغییر سوابق گذشته برای مهاجمان غیرممکن می‌شود. اما این روش یک ایراد اساسی دارد: مصرف انرژی بسیار بالا. تخمین زده می‌شود که استخراج بیت‌کوین در سال ۲۰۲۴ حدود ۱۷۶ تراوات ساعت (TWh) برق مصرف کند، که بیشتر از کل مصرف سالانه برق کشور سوئد است. این مصرف انرژی زیاد باعث انتقادات گسترده‌ای از تأثیرات زیست‌محیطی بلاکچین شده است.

معرفی اثبات کار کوانتومی

مکانیسم PoQ یک جایگزین پیشرفته کوانتومی ارائه می‌دهد که تضمین می‌کند استخراج فقط توسط رایانه‌های کوانتومی امکان‌پذیر است. این امر از طریق طراحی مسائلی محاسباتی که برای رایانه‌های کلاسیک غیرقابل حل اما برای پردازنده‌های کوانتومی کارآمد هستند، انجام می‌شود. معماری بلاکچین کوانتومی روش‌های مختلف هش کوانتومی (quantum-based hashing techniques) را معرفی می‌کند که بسته به توانایی سخت‌افزار کوانتومی، از نظر پیچیدگی متفاوت‌اند. برخلاف PoW که بر محاسبات رمزنگاری brute-force متکی است، PoQ از محاسبات احتمالاتی کوانتومی برای تولید هش‌های بلاکچین استفاده می‌کند.

یک چالش کلیدی در اجرای PoQ، ماهیت احتمالاتی محاسبات کوانتومی است. هش‌های کوانتومی ذاتاً نویزی هستند، به این معنا که اجرای چندباره یک محاسبه ممکن است نتایج کمی متفاوت تولید کند. برای حفظ ثبات بلاکچین، محققان یک سیستم اعتبارسنجی احتمالاتی توسعه داده‌اند که در آن، هم ماینرها و هم اعتبارسنج‌ها میزان اطمینان آماری را برای ارزیابی صحت یک هش کوانتومی بررسی می‌کنند. برای افزایش پایداری بلاکچین، یک معیار جدید به نام confidence-based Chainwork معرفی شد که میزان تلاش در استخراج را بر اساس قابلیت اعتماد خروجی کوانتومی تنظیم می‌کند.

پیاده‌سازی آزمایشی و نتایج

محققان نمونه اولیه بلاکچین کوانتومی خود را با استفاده از چهار پردازنده کوانتومی D-Wave Advantage که در مناطق جغرافیایی مختلف در آمریکای شمالی مستقر بودند، اجرا کردند. هر پردازنده عملیات هشینگ را بر اساس فیزیک شیشه اسپینی کوانتومی (quantum spin glass physics) انجام داد و از تکرار این محاسبات توسط رایانه‌های کلاسیک جلوگیری کرد. این سیستم شامل بیش از ۱۰۰ ماینر بود و ۲۱۹ بلاک را پردازش کرد که بیش از ۷۰٪ آن‌ها غیرقابل تغییر شدند، که نشان‌دهنده موفقیت در رسیدن به اجماع، علی‌رغم تصادفی بودن محاسبات کوانتومی است.

بهره‌وری بلاکچین بر اساس تعداد بلاک‌هایی که با موفقیت به قوی‌ترین زنجیره متصل شدند، اندازه‌گیری شد. روش اعتبارسنجی confidence-based بهره‌وری استخراج را به طور قابل توجهی افزایش داد و تا ۷۵٪ کارایی استخراج یا ماینینگ را نشان داد، که ثابت می‌کند هشینگ مبتنی بر کوانتوم (quantum-based hashing) می‌تواند پایداری بلاکچین را حفظ کند.

بهره‌وری انرژی و تأثیرات زیست‌محیطی

یکی از جنبه‌های امیدوارکننده PoQ بهره‌وری انرژی چشمگیر آن در مقایسه با استخراج PoW کلاسیک است. اگرچه محاسبات کوانتومی هنوز هزینه‌بر است، اما مصرف برق آن به طور قابل توجهی کمتر از عملیات استخراج سنتی است. محققان برآورد می‌کنند که سیستم آن‌ها فقط ۰.۱٪ از هزینه استخراج کلاسیک PoW را مصرف می‌کند، که PoQ را ۱۰۰۰ برابر کارآمدتر از استخراج کلاسیک می‌سازد. این تغییر می‌تواند تأثیرات زیست‌محیطی استخراج بلاکچین را کاهش دهد و ارزهای دیجیتال را پایدارتر کند.

چالش‌ها و مسیرهای آینده

با وجود آنکه نمونه اولیه بلاکچین کوانتومی گامی مهم به جلو محسوب می‌شود، اما چندین چالش باید پیش از استقرار تجاری آن حل شود:

1. هزینه محاسبات کوانتومی: در حال حاضر، قدرت پردازش کوانتومی گران و محدود است. با اینکه مصرف انرژی کاهش یافته، هزینه بالای محاسبات کوانتومی چالشی اساسی باقی می‌ماند.
2. مقایسه آنیل کوانتومی و سیستم‌های کوانتومی مبتنی بر گیت: این آزمایش از آنیلر کوانتومی استفاده کرده است که متفاوت از پردازنده‌های مبتنی بر گیت مانند پردازنده‌های IBM و Google است. در حالی که آنیلر کوانتومی برای مسائل بهینه‌سازی مناسب است، اما کاربرد گسترده‌تر آن در استخراج بلاکچین نیاز به بررسی بیشتری دارد.
3. ملاحظات امنیتی: برخلاف هش‌های رمزنگاری قطعی در بلاکچین‌های کلاسیک، هش‌های کوانتومی عدم قطعیت را معرفی می‌کنند. روش اعتبارسنجی احتمالاتی تا حدی این مشکل را کاهش می‌دهد، اما نیاز به اصلاحات بیشتر برای تقویت امنیت و جلوگیری از آسیب‌پذیری‌ها دارد.
4. بهبودهای آینده: محققان پیشنهاد کرده‌اند که ویژگی‌های کوانتومی پیشرفته‌ای مانند شاهدهای درهم‌تنیدگی (Entanglement Witnesses) و توموگرافی سایه‌ای (Shadow Tomography) را برای افزایش مقاومت در برابر تقلب اضافه کنند. علاوه بر این، مشکلات کوانتومی کوچک‌تر و شبیه‌سازی‌شده کلاسیکی می‌توانند برای ارزیابی عملکرد پردازنده‌های کوانتومی (QPU) مورد استفاده قرار گیرند.

نتیجه‌گیری

معرفی PoQ یک تحول اساسی در فناوری بلاکچین است که یک کاربرد واقعی از برتری کوانتومی را نشان می‌دهد. با امکان‌پذیر کردن استخراج فقط برای رایانه‌های کوانتومی، PoQ جایگزینی مقیاس‌پذیر، کارآمد از نظر انرژی، و پایدار از نظر زیست‌محیطی برای PoW کلاسیک ارائه می‌دهد. با اینکه چالش‌هایی باقی مانده‌اند، اما این تحقیق مسیر را برای کاربردهای عملی کوتاه‌مدت محاسبات کوانتومی هموار می‌کند و پتانسیل آن را فراتر از مدل‌های نظری به نمایش می‌گذارد.

با پیشرفت فناوری کوانتومی، ادغام محاسبات کوانتومی در سیستم‌های بلاکچین می‌تواند چشم‌انداز مالی غیرمتمرکز را تغییر دهد، و تمرکز را از سخت‌افزارهای پرمصرف انرژی به منابع محاسباتی کوانتومی به عنوان عامل اصلی موفقیت در استخراج، تغییر دهد.

منابع:

[1] https://thequantuminsider.com/2025/03/22/how-to-build-a-quantum-blockchain-researchers-test-a-blockchain-that-only-quantum-computers-can-mine/

[2] https://arxiv.org/html/2503.14462v1

دیدگاه خود را درباره این خبر با ما به اشتراک بگذارید.