加密貨幣對能源的渴求是出了名的，尤其是基於工作量證明的區塊鏈(比特幣)。問題是，比特幣的價格難以覆蓋能耗成本，使挖礦集中在某些國家和地區，這將導致監管更容易介入比特幣區塊鏈。
所以一些研究人員說，加密貨幣的“出路”在於一種更節能的計算方式。是這樣嗎?
光子晶片(Photonic Chips)是一個被收錄於arXiv的新興技術。麻省理工學院今年曾報道這種新穎的“光子”晶片，該晶片使用光代替電，並且在此過程中消耗的功率相對較小。在處理大規模神經網路時，該晶片的效率比當今的經典計算機高出數百萬倍。
2017年底比特幣泡沫破裂時，這種加密貨幣的價格在短短几天內從1.7萬美元跌至不到7000美元。鋪天蓋地的新聞稱，加密貨幣繁榮突然結束。
但隨著比特幣價值的下跌，奇怪的事情發生了。比特幣挖礦速度急劇上升。原因何在?儘管比特幣的價值下降了，但它的挖礦仍然非常有利可圖。換句話說，挖礦的成本——硬體價格加上執行它的能源價格——仍然低於它所生產的加密貨幣的價值。
挖礦的繁榮持續了將近一年。然後在2018年11月，比特幣的價值再次大幅下跌，從大約6500美元跌至不足3500美元。
這破壞了許多礦工的工作。頃刻間，比特幣不再有足夠的價值來支付挖礦成本，許多礦場被迫關閉。在加密貨幣的歷史上，這是挖礦算力首次大幅下降，從60EH/s的雜湊率降至35 EH/s。
當然，影響是顯著的。在此之前，挖礦節點分佈在世界各個角落，使得單個國家或地區無法對比特幣區塊鏈施加不當影響。現在，只有在能源足夠便宜、能夠盈利的地方——主要是在中國西部——挖礦才有可能。而中國正在加強對加密貨幣的審查，關閉交易所，禁止各種活動。
這就對比特幣的生存構成了威脅。從那時起，加密貨幣專家一直在努力尋求解決方案。
根本問題在於比特幣的挖礦——碰撞雜湊產生的計算成本是昂貴的，這在區塊鏈設計之初就定下了，以確保鏈上安全。但挖礦計算是能源密集型的，隨著越來越多人加入挖礦，能量消耗隨之大幅增加。
據估計，比特幣挖礦目前每年消耗超過75太瓦時(頭等倉注：太瓦時即TWH，1太瓦時等於10億度電)，超過奧地利本國的全部電力消耗。這是不可持續的。比特幣挖礦若要存續下去，迫切需要一種新的挖礦方式。
非營利組織PoWx的Michael Dubrovsky、紐約哥倫比亞大學的Marshall Ball，以及法國Paris Saclay大學的Bogdan Penkovsk，共同提出了一種“保護”比特幣的新方法，該方法在計算上昂貴，但能源效率更高。他們說，至關重要的是，它也與當前的加密系統相容，因此在將來的比特幣迭代中應該也能相容。
與使用傳統計算機去碰撞雜湊不同的是，他們提出使用光學計算機(optical computers)。他們認為，光學計算機顯著減少了對能源的依賴，從而將從根本上解決比特幣挖礦的能源瓶頸。他們是對的嗎?
比特幣區塊鏈是一個去中心化的賬本，記錄了所有與這種貨幣相關的交易。這確保了沒有單獨的實體控制貨幣。關鍵是，賬本必須是安全的，這樣每個人都可以信任它的內容。這種安全性是透過定期加密分類賬來實現的，這樣就不能更改分類賬的內容。
但是，加密過程必須具有特殊的屬性。賬本的加密過程必須很複雜，但一旦加密，又必須易於檢查。事實證明，有一組被稱為單項陷門函式(trapdoor functions)的數學物件恰好具有這個屬性。事實上，它們已經被廣泛用於加密從個人資訊到信用卡交易的所有事情。
小科普：單向陷門函式包含兩個明顯特徵：一是單向性，二是存在陷門。所謂單向性，也稱不可逆性，即對於一個函式y=f(x)，若已知x要計算出y很容易，但是已知y要計算出x=f ^(-1) (y)則很困難。單向函式的命名就是源於其只有一個方向能夠計算。所謂陷門，也被稱為後門。對於單向函式，若存在一個z使得知道z則可以很容易地計算出x=f ^(-1) (y)，而不知道z則無法計算出x=f ^(-1) (y)，則稱函式y=f(x)為單向陷門函式，而z稱為陷門。(百度百科)
這種形式的加密在計算上是昂貴的——它需要執行成本高昂的計算力強大的計算機。因此，比特幣還有一個成功的關鍵特徵。任何執行加密過程的人(即參與工作量證明PoW挖礦的礦工)都會得到新的比特幣作為獎勵。
這就是為什麼該過程稱為“挖礦”的原因。隨著比特幣價值的增加，挖礦的受歡迎程度也增加了。但計算是高能耗的。因此，礦工們一直在尋找各種降低成本的方法：一種發展是引入了專用積體電路-ASIC晶片-專門針對比特幣挖礦的目的進行了最佳化。另一個是尋找廉價的能源。
上文Dubrovksy和他的同事提到的光學計算某種程度上將打破僵局。該靈感來自於近年來光子晶片的飛速發展，這些光子晶片的計算效率遠高於矽晶片。他們表示：
“這項技術承諾，與電子處理器相比，能提供2-3個數量級的能源效率最佳化。”
為此，該團隊提出了一種改進的加密協議，稱為HeavyHash，該協議針對光子晶片進行了最佳化。這意味著只有採用光子處理器進行數字運算才能獲得最佳結果，從而挖礦過程變成了“光學工作量證明”。
這種“光學工作量證明”(optical proof of work)鼓勵採用光子晶片，大大減少比特幣原本的能耗成本。研究人員說：
“光學工作量證明的實施將有助於加快節能型光子協處理器(co-processors)的開發。”
當能源成本不再是主要考慮因素時，硬體成本將主導計算。這將確保礦工可以在全球各地而不是僅在能源便宜的地區盈利。
至少，理論上可行。問題在於光子晶片的功率效率尚未明確。例如，光開關透過改變折射率來工作，目前這是透過小型加熱器來完成的。矽光子電路的變化也很小，必須用微型加熱器進行補償。
但這些加熱器以難以預料的方式大大增加了晶片的功率預算。實際上，Dubrovksy和他的同事們並沒有明確測算出隨著比特幣規模的增長可能(或不可能)實現的節能效果，所以目前還很難評估他們所說的“光學工作量證明”的效力。
研究人員也沒有顯示出“光學工作量證明”將如何解決與電力成本區域差異相關的問題。將來，所有礦工的硬體成本將與現在相同。因此，從長遠來看，最大化利潤的最佳方法仍然是尋找廉價的能源。
這與比特幣當前面臨的問題沒有什麼不同。這就是為什麼我們很難不得出這樣的結論：這種形式的節能計算只是推遲了不可避免的結果。
