中本聪 VS 物理学：量子比特币矿机如何淘汰专用集成电路

随着量子计算领域的成熟，比特币挖矿硬件竞赛可能即将进入原子时代。

虽然今天的量子计算机主要是实验性的，但量子芯片技术和混合人工智能功能的最新进展推动了该领域的发展，其速度超过了许多科学家的预测。

业界最关注的问题之一是开发防量子加密解决方案。由于担心量子计算机会破解标准加密，新的协议和加密标准应运而生。然而，这并不是量子计算机对区块链行业构成的唯一潜在灾难级威胁。

比特币挖矿

世界距离能够在大多数任务中超越超级计算机的通用量子计算机可能还有几十年的时间，但我们已经看到了能够在运行特定算法以解决专门任务方面具有量子优势的机器。

量子系统最擅长的算法之一被称为 "格罗弗算法"，从理论上讲，它可以直接应用于区块链挖矿。

例如，比特币挖矿基于 "工作证明 "概念，涉及解决加密谜题。随着计算机和挖矿算法解决这些谜题的效率越来越高，谜题的难度也随之增加。

这有助于维护区块链，是一种事实上的去中心化方法。如果有人制造了一台足够快的计算机来解决所有问题，那么所有问题都会变得更难。

从理论上讲，这种加密难度的上限--挖矿术语中称为 "目标"--应该在 2 提升到 256 的幂的范围内。

根据科学家们所理解的物理定律，即使是一台容错的通用量子计算机，也无法进行必要的计算来破解这个五百万亿次（78 位数）的加密难题。

中本聪与科学

中本聪和其他参与开发比特币的人预见到，未来计算机将不断变得更加强大。他们意识到这将威胁到比特币的去中心化特性，并实施了一些保护措施。

比特币的 "创世 "区块是使用 2008 年时代的典型 CPU 挖掘出来的--可能相当于奔腾 4。下一个区块 "1 号区块 "在六天后被挖掘出来。但从那时起，每个后续区块的目标时间都是 10 分钟。

矿工们从 CPU 到 GPU，再到 FPGA 的短暂尝试，最终确定了 2024 年第三季度的现状--专用集成电路（ASIC）矿工。

CPU 是一种万能的数字运算器，而 GPU 擅长解决与比特币挖矿相关的加密难题所需的特定运算，ASIC 挖矿机则是专为解决 SHA-256 加密任务而设计的。

然而，尽管硬件不断进步，比特币网络仍试图确保每个区块的挖矿时间为 10 分钟。

量子采矿

采矿业的下一个前沿可能是量子/经典混合钻机。利用前面提到的 "格罗弗算法"，矿工使用容错性足够高的量子计算机，理论上可以将挖矿效率提高到目前技术的四倍。

这不会改变挖掘一个区块所需的时间。但是，它可以提高难度，超出非量子硬件的能力。就像在 2024 年使用个人电脑挖掘比特币不可行（或无利可图）一样，基于量子的矿机可能会让 ASIC 被淘汰。

不过，在实现这一目标之前，还有无数挑战需要解决。其中最主要的就是量子计算机还不够成熟。但如上所述，矿工并不需要使用完全通用的量子计算机。

建立在经典设备上的采矿设备可以与专用量子芯片连接，执行高级算法功能，从而获得量子力学的好处和二进制计算机的可行性。

此外，还有许多基于云计算的量子计算解决方案，可以通过为运行格罗弗算法而量身定制的量子即服务解决方案来分担开发量子计算机的费用。