介紹

近年來，比特幣挖礦的能源消耗引發了人們對其對環境影響的擔憂。然而，肯特大學計算機學院的研究人員進行了一項開創性的研究，探索了基於量子的挖礦系統在區塊鏈運營中顯著提高能源效率的潛力。本文深入研究了這項研究的結果，並討論了量子礦工對區塊鏈技術未來的影響。

比特幣挖礦的能源危機

比特幣是世界上最知名的加密貨幣，它依靠一種稱爲“挖礦”的過程來驗證交易並維護區塊鏈的完整性。挖礦涉及解決複雜的數學問題，這需要大量的計算能力，因此會消耗大量能源。與比特幣挖礦相關的能源危機日益引起人們的擔憂，因爲它會增加碳排放並給全球能源資源造成壓力。

據肯特大學研究人員稱，截至 2022 年 5 月，僅比特幣挖礦業務每年就消耗超過 150 太瓦時的電力。這一驚人的能源消耗相當於整個國家的用電量，凸顯了對更節能的挖礦解決方案的迫切需求。

能源消耗對比：ASIC 與量子礦機

肯特大學研究人員開展的研究將現有基於專用集成電路 (ASIC) 的礦機的能耗率與擬議的基於量子的解決方案進行了比較。ASIC 礦機是專門爲加密貨幣挖礦設計的專用硬件設備，在行業中得到廣泛使用。然而，它們以高能耗而聞名。

研究結果令人大開眼界，因爲與傳統機器相比，量子機器表現出了顯著的能源效率。研究人員將三種不同的量子挖礦系統與 Antminer S19 XP ASIC 礦機進行了比較，發現即使是糾錯功能最少的量子系統在能源效率方面也優於 ASIC 礦機。

區塊鏈挖礦中的量子優勢

研究人員強調，區塊鏈挖礦是量子計算中少數幾個不需要糾錯的領域之一。在大多數量子函數中，錯誤會產生噪音，從而限制計算系統進行精確計算的能力。然而，在區塊鏈挖礦中，最先進的經典系統的成功率仍然相對較低。根據研究論文，“經典的比特幣礦工的成功率僅爲 0.000070% 左右，但仍能盈利。”

這種差異爲基於量子的系統在這個特定領域脫穎而出提供了可能性。與傳統系統不同，基於量子的系統可以隨着時間的推移進行微調，以提高準確性和效率。這種適應性使量子礦工能夠優化其性能，並有可能在區塊鏈挖礦中獲得更高的成功率。

特定任務計算：量子礦工的作用

量子礦工的一個關鍵方面是它們不需要通用量子計算機的複雜性和可擴展性。與其他量子計算應用不同，量子礦工的目的是執行單一任務——高效挖掘加密貨幣。這種任務特定性大大減少了在區塊鏈操作中實施量子礦工所需的基礎設施和資源。

這種簡化的量子計算方法使組織能夠利用現有的量子技術並開發出比傳統計算機更具量子優勢的礦工。雖然量子計算技術仍處於早期階段，但區塊鏈挖礦這一特定任務並不需要全方位的量子計算解決方案。

可行性挑戰：嘈雜的中型量子 (NISQ) 系統

雖然量子礦工提供的節能效果令人鼓舞，但仍存在一些實際挑戰需要考慮。這項研究集中於一種稱爲“嘈雜中型量子”（NISQ）系統的量子計算系統。這些系統以大約 50-100 個量子比特運行，這比設想的可產生“巨大”節能效果的 512 量子比特系統要少得多。

傳統上，構建和維護更大規模量子計算系統的成本對於大多數組織來說都是難以承受的。目前，只有少數組織（例如 D-Wave 和 IBM）提供 512 量子比特範圍內的面向客戶的量子系統。然而，這些系統之間的架構差異使得直接比較量子比特數變得無關緊要。

可持續區塊鏈挖礦之路

儘管面臨挑戰，但肯特大學計算機學院開展的研究揭示了量子礦機在徹底改變區塊鏈挖礦能源效率方面的巨大潛力。量子礦機提供了一種有希望的解決方案，通過顯著降低能源消耗來減輕加密貨幣挖礦對環境的影響。

量子技術的不斷髮展，加上量子比特可擴展性和糾錯方面的進步，爲加密貨幣和區塊鏈世​​界帶來了更綠色、更可持續的未來希望。雖然由於成本限制，量子礦工可能無法立即爲所有組織所用，但這項研究的結果爲該領域的進一步探索和發展奠定了基礎。

結論

肯特大學的研究揭示了量子礦工在區塊鏈挖礦中徹底改變能源效率方面的巨大潛力。儘管量子計算技術仍處於早期階段，但區塊鏈挖礦的具體任務並不需要功能齊全的量子計算機。量子礦工爲降低該領域的能源消耗提供了一種有希望的解決方案。雖然挑戰和成本限制仍然存在，但量子技術的不斷髮展爲加密貨幣和區塊鏈世​​界帶來了更綠色、更可持續的未來。

常問問題

問：量子礦機與傳統 ASIC 礦機相比，在能源效率方面如何？

答：肯特大學研究人員的研究表明，量子礦機在能源效率方面優於傳統的 ASIC 礦機。

問：爲什麼對於量子系統的區塊鏈挖掘來說，糾錯不那麼重要？

答：與其他量子函數不同，區塊鏈挖礦對錯誤非常寬容。即使使用最先進的經典系統，成功率也相對較低，這使得區塊鏈挖礦成爲基於量子的解決方案的理想領域。

問：量子礦工可以進行微調以提高效率和準確性嗎？

答：是的，基於量子的系統的優勢之一是它們具有不斷微調的潛力，這使得它們能夠隨着時間的推移實現更高的效率和準確性。

問：量子礦工是否需要全面的量子計算解決方案？

答：不是，量子礦工是針對特定任務的，不需要像可擴展的通用量子計算機那樣複雜。它們被設計用於執行單一任務，因此更容易使用，佔用的資源更少。

問：實施量子礦工是否存在任何實際挑戰？

答：是的，目前的限制在於大規模量子計算系統的可用性。雖然這項研究的重點是約 50-100 個量子比特的 NISQ 系統，但要實現大規模節能，需要 512 個量子比特的系統，而目前的構建和維護成本很高。

問：哪些組織提供 512 量子比特範圍內的量子系統？

答：目前，D-Wave 和 IBM 提供面向客戶的 512 量子比特範圍的量子系統。然而，它們系統之間的架構差異使得直接的量子比特計數比較意義不大。

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注：本文提供的信息基於肯特大學計算機學院的研究論文。量子計算領域的進一步發展可能會影響未來量子礦工的可行性和實用性。