CN117291273B - 量子计算区块链系统 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种量子计算区块链系统，包括多个量子计算区块链节点，量子计算区块链节点包括区块链规约模块和量子计算模块，其中，区块链规约模块包括：任务子模块，用于提交待执行的量子计算任务的任务信息至量子计算区块链；量子加密子模块，用于提供量子计算区块链进行签名和信息加密所需的量子安全加密功能；共识机制子模块，用于提供共识机制；区块管理子模块，用于形成区块并将区块添加至量子计算区块链；量子计算模块包括：量子算法子模块，用于提供量子算法；量子计算模拟子模块，用于在量子计算区块链节点为经典计算机时，为经典计算机提供量子计算模拟器以模拟量子计算环境。
Description
技术领域
本公开涉及量子计算技术领域，具体地，涉及一种量子计算区块链系统。
背景技术
量子计算是一种新兴的计算方式，它利用量子力学的原理来进行计算，相比传统的计算方式，具有更高的计算效率和更强的计算能力。在传统的计算方式中，计算机只能进行二进制运算，即只能处理0和1两个数字，而在量子计算中，量子比特可以同时处于多个状态，这种叠加状态使得量子计算机能够同时处理大量信息，加速某些特定问题的求解，例如Grover算法可以实现搜索的二次加速。
区块链是一种分布式数据库技术，它以去中心化、不可篡改和匿名性为特点，通过将数据打包成区块并链接成链状结构，确保数据的安全性和可信度。
当前的区块链系统中计算机均为经典计算机，缺乏应用量子计算的区块链系统，而随着量子计算技术的发展，如何将量子计算与区块链结合，以同时发挥两者的技术优势，成为一个新的技术研究方向。但是，不能简单的将经典区块链系统节点的经典计算机替换为量子计算机，例如经典区块链系统无法利用量子计算机特有的信息并行处理方式，解决一些经典计算中难以实现的计算问题，因此如何将两者有效结合至关重要。基于此，提出一种量子计算区块链系统。
发明内容
本公开的目的是提供一种量子计算区块链系统，以将量子计算与区块链系统实现有效结合。
为了实现上述目的，本公开提供一种量子计算区块链系统，包括多个具有量子计算能力的量子计算区块链节点，所述量子计算区块链节点包括区块链规约模块和量子计算模块，其中，所述区块链规约模块包括：
任务子模块，用于提交待执行的量子计算任务的任务信息至量子计算区块链；
量子加密子模块，用于提供所述量子计算区块链进行签名和信息加密所需的量子安全加密功能；
共识机制子模块，用于提供所述量子计算区块链的共识机制；
区块管理子模块，用于形成所述量子计算区块链中的区块并将所述区块添加至所述量子计算区块链；
所述量子计算模块包括：
量子算法子模块，用于提供量子算法；
量子计算模拟子模块，用于在所述量子计算区块链节点为经典计算机时，为所述经典计算机提供量子计算模拟器以模拟量子计算环境，以使得所述经典计算机具有量子计算能力。
可选地，所述量子计算任务包括基于量子计算的搜索任务，所述量子计算任务的任务信息包括搜索请求信息和评估器，所述评估器用于对所述搜索任务的搜索结果进行评估。
可选地，所述任务子模块提交待执行的量子计算任务的任务信息至量子计算区块链后，所述区块管理子模块还用于：
将所述任务信息添加至所述量子计算区块链中当前正在形成的第一目标区块。
可选地，在所述第一目标区块被添加至所述量子计算区块链后，所述区块管理子模块还用于：
从所述第一目标区块中选择待执行的量子计算任务的任务信息，并在确定选择的所述任务信息均被支付计算费用后，将选择的所述任务信息添加至所述量子计算区块链中当前正在形成的第二目标区块。
可选地，所述共识机制为寻找目标随机数的工作量证明机制，所述目标随机数哈希映射后的哈希值的前预设数位的数字为0，所述区块管理子模块还用于：
设置所述量子计算任务对应的所述工作量证明机制中所述前预设数位的数量，所述数量正相关于所述量子计算任务的计算费用；
将所述数量添加至所述量子计算区块链中当前正在形成的第二目标区块。
可选地，在所述第二目标区块被添加至所述量子计算区块链后，所述共识机制子模块还用于：
从所述第二目标区块中获取一个或多个量子计算任务的任务信息；
所述量子计算模块还用于：
基于获取的所述任务信息执行量子计算任务，得到计算结果；
所述共识机制子模块还用于：
将所述计算结果输入获取的所述任务信息对应的评估器，得到评估结果；
计算所述计算结果的哈希值；
所述区块管理子模块还用于：
将所述计算结果的哈希值、所述评估结果和计算出所述计算结果的量子计算区块链节点的编号添加至所述量子计算区块链中当前正在形成的第三目标区块。
可选地，在所述第三目标区块被添加至所述量子计算区块链后，所述共识机制子模块还用于：
将所述计算结果、所述评估结果、计算出所述计算结果的量子计算区块链节点的编号以及当前正在形成的第四目标区块的上一目标区块的哈希值拼接成数字串；
计算所述数字串的哈希值；
在确定所述数字串的哈希值的所述前预设数位的数字均为0后，将所述计算结果、所述评估结果和计算出所述计算结果的量子计算区块链节点的编号广播至所述量子计算区块链；
所述量子计算区块链中接收到所述广播的量子计算区块链节点的共识机制子模块还用于：
将所述计算结果输入评估器，并确定该评估器输出的评估结果与接收的所述广播中的评估结果一致；
计算所述计算结果的哈希值，确定该计算结果的哈希值存在于所述第三目标区块，且所述第三目标区块中对应于该计算结果的哈希值的量子计算区块链节点的编号与所述广播中的所述量子计算区块链节点的编号一致；
所述编号对应的量子计算区块链节点的区块管理子模块还用于形成所述第四目标区块，并将所述第四目标区块广播至所述量子计算区块链，以使得接收到该广播的量子计算区块链节点将所述第四目标区块添加至本地的量子计算区块链，且所述编号对应的量子计算区块链节点获得所述量子计算区块链给予的挖矿奖励。
可选地，在形成所述第四目标区块之前，所述区块管理子模块还用于：
形成与所述计算结果所属量子计算任务对应的小区块，将所述小区块添加至所述量子计算区块链的最长分支，以在所有所述量子计算任务对应的小区块均被添加至所述量子计算区块链后，形成所述第四目标区块添加于所述小区块后，其中，所述最长分支为包含最多目标区块的量子计算区块链分支，或在各个量子计算区块链分支包含的目标区块的数量相同时，所述最长分支为最后一个目标区块后的小区块数量最多的量子计算区块链分支。
可选地，所述量子计算区块链节点还用于将所述计算结果和所述量子计算区块链节点的编号发送至提交所述量子计算任务的量子计算区块链节点，所述提交所述量子计算任务的量子计算区块链节点还用于确定所述计算结果输入所述评估器得到的评估结果最优，并确定所述计算结果的哈希值存在于所述量子计算区块链，且接收到的编号与所述量子计算区块链中该哈希值对应的编号相同，将所述计算费用支付给所述编号对应的所述量子计算区块链节点。
可选地，所述基于量子计算的搜索任务包括基于量子计算的分子构象搜索任务。
通过上述技术方案，任务子模块将量子计算任务的任务信息提交至量子计算区块链后，量子计算区块链节点可以从中选择量子计算任务进行执行以完成共识机制的要求如工作量证明，执行量子计算任务时可以由量子算法子模块提供所需的量子算法，在需要签名或加密时，量子加密子模块提供量子安全加密功能，并由共识机制子模块进行共识机制的验证，在通过验证后，区块管理子模块形成新的区块添加至量子计算区块链，以实现量子计算区块链的管理维护，在量子计算区块链为经典计算机时，量子计算模拟子模块为经典计算机提供量子计算模拟器以模拟量子计算环境，使得经典计算机具有量子计算能力。如此可以将量子计算与区块链有效结合，提供具有实用性的量子计算区块链系统，且由于量子加密子模块提供量子安全加密功能，使得系统的可信度大大增加。
本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
图1是根据一示例性实施例示出的一种量子计算区块链系统的示意图。
图2是根据一示例性实施例示出的一种量子计算区块链终端组件的框图。
图3是根据一示例性实施例示出的一种量子计算区块链的目标区块与小区块的连接示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
图1是根据一示例性实施例示出的一种量子计算区块链系统的示意图。参见图1，量子计算区块链系统包括多个具有量子计算能力的量子计算区块链节点，例如在图1所示的实施例中，量子计算区块链系统包括量子计算区块链节点101、量子计算区块链节点102、量子计算区块链节点103、量子计算区块链节点104、量子计算区块链节点105。量子计算区块链节点可以是具有真实量子计算能力的量子计算机，也可以是具有模拟量子计算能力的经典计算机，多个量子计算区块链节点之间呈去中心化式的分布，且互相之间建立通信连接。如此能够通过区块链用户量子算力的聚合，分布式地解决一些复杂问题。
每个量子计算区块链节点包括区块链规约模块和量子计算模块，参见图1和图2，区块链规约模块210和量子计算模块220可以作为量子计算区块链终端组件200加载至量子计算区块链节点中，该终端组件可以是软件包的形式，也可以是实体的即插即用设备，区块链规约模块装载区块链的规约和算法，量子计算模块则用于实现量子计算相关的任务。
参见图2，区块链规约模块210包括：
任务子模块211，用于提交待执行的量子计算任务的任务信息至量子计算区块链；
量子加密子模块212，用于提供所述量子计算区块链进行签名和信息加密所需的量子安全加密功能；
共识机制子模块213，用于提供所述量子计算区块链的共识机制；
区块管理子模块214，用于形成所述量子计算区块链中的区块并将所述区块添加至所述量子计算区块链；
量子计算模块220包括：
量子算法子模块221，用于提供量子算法；
量子计算模拟子模块222，用于在所述量子计算区块链节点为经典计算机时，为所述经典计算机提供量子计算模拟器以模拟量子计算环境，以使得所述经典计算机具有量子计算能力。
具体来讲，量子计算任务为基于量子计算的计算任务，在一种实施方式中，量子计算任务可以包括基于量子计算的搜索任务，所述量子计算任务的任务信息包括搜索请求信息和评估器，所述评估器用于对所述搜索任务的搜索结果进行评估。
具体来讲，搜索请求信息为用于阐明搜索请求的相关信息，例如可以包括指定的搜索算法、搜索目标、搜索的输入输出类型等信息，使得接收到搜索请求信息的量子计算区块链节点可以直接根据搜索请求信息的要求，展开量子计算任务的执行。
评估器为用于对量子计算任务的计算结果进行评估的计算程序，将计算结果输入评估器，可以得到计算结果的评估结果，在一种实施例中，评估结果可以是计算结果的得分表示，评估结果表示的分数越高，说明计算结果越优。
在一种实施方式中，基于量子计算的搜索任务包括基于量子计算的分子构象搜索任务，例如可以是分子对接中的分子构象搜索任务。分子对接是指受体和配体之间通过能量匹配、空间匹配和化学性质匹配而相互识别形成分子复合物，并预测复合物结构的一种计算技术。其目的是从小分子数据库中发现合适的化合物作为受体大分子的配体。分子对接可以快速高效地对千万量级的化合物分子进行计算筛选，精准发现有潜力的备选新分子构象，对生命活动的分子机理研究、生物分子复合物结构预测和靶向药物筛选等都具有重要的意义。
在分子对接场景下，可以利用评估器来评估搜索的分子构象的分子对接分数，分数可以通过一系列评估指标综合计算得出的，其中包括分子间的相互作用能、配体和受体的构象适配性、氢键形成情况等，在这种情况下，分子构象是评估器的输入，评估器的输出是分子对接分数。
在一种实施方式中，有量子计算需求的用户可以通过量子计算区块链节点输入量子计算任务的任务信息，任务子模块则可以将任务信息提交至量子计算区块链，即将该任务信息存储在量子计算区块链的目标区块上。便于其它量子计算区块链节点从量子计算区块链上获取该任务信息。
由于量子计算机可能具有突破现有加密算法的能力，因此需要对量子计算区块链的加密算法重新设计。本公开中，量子计算区块链节点中内设量子加密子模块，量子加密子模块可以采用量子通信的方式对信息进行加密，以提高信息的抵抗量子计算攻击的能力。具体可以通过量子密钥分发网络完成密钥分发，进而利用分发的量子密钥进行加密，或者通过量子Ukey或量子TF卡完成单点型量子密钥的分发。
共识机制是用于解决区块链中参与者之间达成一致的问题的一种协议或算法，以完成对交易的验证和确认。共识机制子模块，则用于提供量子计算区块链系统的共识机制，作为区块链规约的一部分。在一种实施方式中，共识机制可以是有用的工作量证明机制，以将量子计算资源用于量子计算任务如基于量子计算的分子构象搜索任务，减少计算资源的浪费。
量子计算区块链由多个区块相互链接构成，为维护量子计算区块链，量子计算区块链节点包括区块管理子模块，用于在将交易等信息添加至区块，并在通过共识机制的共识验证后，形成新的区块添加至量子计算区块链上。
为了方便实现量子计算，量子计算模块内设量子算法子模块，以提供多种量子算法供选择，例如VQA，QAOA等量子算法。在部分应用场景下，需要经典计算机模拟量子计算以给出模拟结果，例如将模拟结果作为机器学习训练过程的标签，因此量子计算模块内设量子计算模拟子模块，以在量子计算区块链节点为经典计算机时，为其提供量子计算模拟器以模拟量子计算环境，使得经典计算机具有模拟量子计算的能力。
通过上述技术方案，任务子模块将量子计算任务的任务信息提交至量子计算区块链后，量子计算区块链节点可以从中选择量子计算任务进行执行以完成共识机制的要求如工作量证明，执行量子计算任务时可以由量子算法子模块提供所需的量子算法，在需要签名或加密时，量子加密子模块提供量子安全加密功能，并由共识机制子模块进行共识机制的验证，在通过验证后，区块管理子模块形成新的区块添加至量子计算区块链，以实现量子计算区块链的管理维护，在量子计算区块链为经典计算机时，量子计算模拟子模块为经典计算机提供量子计算模拟器以模拟量子计算环境，使得经典计算机具有量子计算能力。如此可以将量子计算与区块链有效结合，提供具有实用性的量子计算区块链系统，且由于量子加密子模块提供量子安全加密功能，使得系统的可信度大大增加。
可选地，所述任务子模块提交待执行的量子计算任务的任务信息至量子计算区块链后，所述区块管理子模块还用于：
将所述任务信息添加至所述量子计算区块链中当前正在形成的第一目标区块。
具体来讲，量子计算区块链的区块包括目标区块，可用于记录任务信息。在任务信息被提交后，对于量子计算区块链中正在形成的第一目标区块，将任务信息作为第一目标区块的一部分添加至第一目标区块，例如在一种实施方式中，提交任务信息的用户一并支付一笔记录费用，使得量子计算区块链中的其它量子计算区块链节点愿意将任务信息记录在正在形成的第一目标区块上，正在形成的第一目标区块即为当前量子计算区块链中将要上链的区块，在第一目标区块通过共识机制验证后，第一目标区块将最新的区块添加至量子计算区块链上。
可选地，在所述第一目标区块被添加至所述量子计算区块链后，所述区块管理子模块还用于：
从所述第一目标区块中选择待执行的量子计算任务的任务信息，并在确定选择的所述任务信息均被支付计算费用后，将选择的所述任务信息添加至所述量子计算区块链中当前正在形成的第二目标区块。
具体来讲，第一目标区块被添加至量子计算区块链后，量子计算任务的任务信息已经被记录在量子计算区块链中且不可篡改。此时从第一目标区块中选择任务信息，这些任务信息对应的量子计算任务计划在后续特定的区块形成时间由量子计算区块链执行。在一种实施方式中，也可以从第一目标区块中选择计划后续执行的任务信息的编号添加至第二目标区块中，后续可以根据第二目标区块的编号从在第一目标区块中查找详细的任务信息。
为了提高量子计算区块链节点计算量子计算任务的积极性，要求发布量子计算任务的量子计算区块链节点需要为该量子计算任务支付计算费用，只有确定计算费用被支付后，任务信息才会被添加至第二目标区块中，这样做也可以避免量子计算区块链节点发布一些没有计算价值的量子计算任务，造成计算资源的浪费。第二目标区块在第一目标区块之后形成，第二目标区块可以与第一目标区块相邻，第二目标区块与第一目标区块之间也可以间隔其它区块。
可选地，所述共识机制为寻找目标随机数的工作量证明机制，所述目标随机数哈希映射后的哈希值的前预设数位的数字为0，所述区块管理子模块还用于：
设置所述量子计算任务对应的所述工作量证明机制中所述前预设数位的数量，所述数量正相关于所述量子计算任务的计算费用；
将所述数量添加至所述量子计算区块链中当前正在形成的第二目标区块。
在一种实施方式中，共识机制为工作量证明机制，即量子计算区块链节点尝试寻找目标随机数，计算随机数经过哈希映射后的哈希值，若哈希值的前n位数字为0，则哈希值对应的随机数为目标随机数，找到该目标随机数的量子计算区块链节点可以通过共识机制的验证，进而获得当前正在形成的区块的上链资格。其中，n为哈希值的预设数位的数量。换言之，目标随机数为哈希映射后的哈希值的前预设数位的数字为0的随机数。
具体来讲，希望每项量子计算任务的预期工作量与其对应的计算费用正相关，这可以通过调整哈希值中所需零比特数实现，即调整预设数位的数量n。假设每个量子计算任务的评估所需计算量相同，量子计算区块链系统通过扫描过去发出的请求，获知每个区块形成时间内收到的量子计算任务的平均总费用C。系统还可以通过检查区块时间和过去形成区块对应哈希值所需的数字0的预设位数，了解所有量子计算区块链节点在每个区块时间内的平均评估次数E。定义为量子计算任务j的计算费用，从所述第一目标区块中选择待执行的量子计算任务的任务信息，可以使其满足关系/>，例如可以使得选择的量子计算任务的总费用与C的差值小于或等于阈值，视为满足该关系。然后，量子计算任务j对应的预设数位数量nj可以设置为满足/>。
预设数位的数量设置好后，可以将数量作为第二目标区块的一部分添加至第二目标区块中，便于后续查询使用，同时确保其不可篡改。
可选地，在所述第二目标区块被添加至所述量子计算区块链后，所述共识机制子模块还用于：
从所述第二目标区块中获取一个或多个量子计算任务的任务信息；
所述量子计算模块还用于：
基于获取的所述任务信息执行量子计算任务，得到计算结果；
所述共识机制子模块还用于：
将所述计算结果输入获取的所述任务信息对应的评估器，得到评估结果；
计算所述计算结果的哈希值；
所述区块管理子模块还用于：
将所述计算结果的哈希值、所述评估结果和计算出所述计算结果的量子计算区块链节点的编号添加至所述量子计算区块链中当前正在形成的第三目标区块。
具体来讲，第二目标区块上链后，则计划要执行的量子计算任务已经选择完毕，此时对于量子计算区块链系统中希望得到奖励和计算费用的量子计算区块链节点，其共识机制子模块可以从第二目标区块中选择自己要执行的至少一个量子计算任务的任务信息。基于选择的任务信息，量子计算模块执行对应的量子计算任务，得到计算结果。例如第二目标区块形成时选择的量子计算任务可以以表格形式存储，具体每条任务信息可以包括执行量子计算任务的目标和要求等，也可以存储对应量子计算任务的任务信息在量子计算区块链中的位置，进而便于从相应位置的目标区块下载对应的任务信息。
计算出计算结果后，共识机制子模块将计算结果输入对应任务信息中的评估器，得到评估结果。例如量子计算任务为基于量子计算的分子对接中的分子构象搜索任务时，评估器可以通过计算结合能来评估计算结果。
此外还计算所述计算结果的哈希值。进而便于在第三目标区块的形成时间，将计算结果的哈希值、评估结果和计算出该计算结果的量子计算区块链节点的编号添加至第三目标区块中。如此便于证明该量子计算区块链节点是最早计算出该计算结果的节点，避免自己的计算结果被其它节点窃取。需要说明的是，第三目标区块在第二目标区块之后形成，可以与第二目标区块邻接，第三目标区块与第二目标区块之间也可以间隔其它区块。
可选地，在所述第三目标区块被添加至所述量子计算区块链后，所述共识机制子模块还用于：
将所述计算结果、所述评估结果、计算出所述计算结果的量子计算区块链节点的编号以及当前正在形成的第四目标区块的上一目标区块的哈希值拼接成数字串；
计算所述数字串的哈希值；
在确定所述数字串的哈希值的所述前预设数位的数字均为0后，将所述计算结果、所述评估结果和计算出所述计算结果的量子计算区块链节点的编号广播至所述量子计算区块链；
所述量子计算区块链中接收到所述广播的量子计算区块链节点的共识机制子模块还用于：
将所述计算结果输入评估器，并确定该评估器输出的评估结果与接收的所述广播中的评估结果一致；
计算所述计算结果的哈希值，确定该计算结果的哈希值存在于所述第三目标区块，且所述第三目标区块中对应于该计算结果的哈希值的量子计算区块链节点的编号与所述广播中的所述量子计算区块链节点的编号一致；
所述编号对应的量子计算区块链节点的区块管理子模块还用于形成所述第四目标区块，并将所述第四目标区块广播至所述量子计算区块链，以使得接收到该广播的量子计算区块链节点将所述第四目标区块添加至本地的量子计算区块链，且所述编号对应的量子计算区块链节点获得所述量子计算区块链给予的挖矿奖励。
对于该量子计算区块链系统的共识机制，设置为工作量证明机制时，为了避免计算资源的浪费，目标随机数不再是任意随机数，而是由计算结果、评估结果、计算出该计算结果的量子计算区块链节点的编号以及当前正在形成的第四目标区块的上一目标区块的哈希值拼接成数字串构成，进而量子计算区块链节点为了找到符合要求的目标随机数，需要找到合适的计算结果，进而促使量子计算区块链节点追求计算量子计算任务的更多的计算结果，例如对于基于量子计算的分子构象搜索的量子计算任务，量子计算节点希望计算出更多分子构象作为计算结果，以找到合适的目标随机数。
第三目标区块上链后，计算出对应计算结果的量子计算区块链节点的共识机制子模块将计算结果、评估结果、自身节点的编号和所述量子计算区块链中最新的区块的哈希值拼接成数字串，然后将该数字串作为随机数尝试计算其哈希值，若哈希值的前预设数位的数字均为0，则该数字串可以作为目标随机数，进而将计算结果、评估结果和自身节点的编号广播至量子计算区块链进行验证。
其它量子计算区块链节点接收到广播后，开始进行验证。接收到所述广播的量子计算区块链节点的共识机制子模块计算广播中计算结果对应的评估结果，并将计算出的评估结果与广播中的评估结果进行比较，确保计算结果真实。然后可以计算出广播中计算结果的哈希值，并在第三目标区块中确定该哈希值存在，且在第三目标区块中与该哈希值对应的量子计算区块链节点的编号与广播中的编号一致，以确定该计算结果由该编号对应的量子计算区块链节点计算出，并最早记录在量子计算区块链中。
若这些验证都通过，则编号对应的量子计算区块链节点的区块管理子模块可以形成第四目标区块添加到本地的量子计算区块链上，并将第四目标区块广播到量子计算区块链中，接收到广播的量子计算区块链节点验证通过后，将该第四目标区块添加到本地的量子计算区块链上，以完成对量子计算区块链的维护。此外，验证通过后，编号对应的量子计算区块链节点获得量子计算区块链给予的挖矿奖励，以激励区块链节点进行量子计算任务的执行，找到合适的目标随机数。
可选地，在形成所述第四目标区块之前，所述区块管理子模块还用于：
形成与所述计算结果所属量子计算任务对应的小区块，将所述小区块添加至所述量子计算区块链的最长分支，以在所有所述量子计算任务对应的小区块均被添加至所述量子计算区块链后，形成所述第四目标区块添加于所述小区块后，其中，所述最长分支为包含最多目标区块的量子计算区块链分支，或在各个量子计算区块链分支包含的目标区块的数量相同时，所述最长分支为最后一个目标区块后的小区块数量最多的量子计算区块链分支。
我们希望每个量子计算区块链节点的获胜概率与工作所花费的计算能力成比例。实现该属性的一种简单方法是根据任务大小调整区块形成时间。然而，这种方法发生分叉的概率增加，因为该概率取决于区块形成时间。为了不增加分叉发生的概率，我们在不改变区块形成时间的情况下在原本目标区块（例如第一目标区块、第二目标区块、第三目标区块和第四目标区块）之间添加了小区块，每个小区块对应一个任务。通过设计小区块，将原本的工作量证明机制的寻找前预设数位为0的哈希值的任务分割，进而减小了单个区块的计算时间，减小了分叉发生的概率。
具体来讲，可以在形成第四目标区块之前，找到对应量子计算任务的满足目标随机数要求的量子计算结果之后，形成与该量子计算任务对应的小区块，将小区块添加到量子计算区块链中。
为了避免分支，小区块添加到量子计算区块链的最长分支，在第二目标区块的量子计算任务对应的小区块均被添加至量子计算区块链之后，形成第四目标区块添加到这些小区块后，量子计算区块链的结构为目标区块与小区块依次链接的结构，一个目标区块及其之后链接的多个小区块可以视为一个区块单元，具体可以参见图3。
如图3所示，目标区块301可以是第三目标区块，其记录有上一目标区块的哈希值，交易信息，量子计算任务相关信息以及上一目标区块之后小区块的哈希值，其中量子计算任务相关信息可以包括用户在目标区块301的区块形成时间提交的量子计算任务的任务信息，选择出的计划在后续某一区块形成时间执行的量子计算任务的任务信息集合，设置的满足工作量证明机制验证的数字0的预设数位的数量等。目标区块301添加上链后，针对当前区块时间需要执行的量子计算任务，量子计算区块链节点分别寻找各个量子计算任务的目标随机数，例如对于量子计算任务1，找到对应的目标随机数后形成小区块303，并在确定目标区块301所在链为最长链后，添加到目标区块301之后，小区块303可以记录目标区块301的哈希值，记录找到对应目标随机数中计算结果的量子计算区块链节点的编号作为小区块303中的节点编号，记录量子计算任务1对应的目标随机数作为小区块303中的任务1的随机数，当然，小区块303中哈希值和节点编号为其任务1的随机数的一部分。对于量子计算任务N，形成图3所示的小区块304添加到目标区块301之后。
在图3中目标区块301之后的小区块添加完毕后，形成目标区块302添加到小区块之后，目标区块302可以是第四目标区块。实质上，对于不同的任务时间，同一目标区块可以分别为第一目标区块、第二目标区块、第三目标区块和第四目标区块。
对于具有前述结构的量子计算区块链，为确定最长分支，可以先确定分支的目标区块的数量，目标区块数量最多的分支被确定为最长分支，若各个量子计算区块链分支包含的目标区块数量相同，则确定最后一个目标区块后的小区块的数量最多的区块链分支为最长分支。
可选地，所述量子计算区块链节点还用于将所述计算结果和所述量子计算区块链节点的编号发送至提交所述量子计算任务的量子计算区块链节点，所述提交所述量子计算任务的量子计算区块链节点还用于确定所述计算结果输入所述评估器得到的评估结果最优，并确定所述计算结果的哈希值存在于所述量子计算区块链，且接收到的编号与所述量子计算区块链中该哈希值对应的编号相同，将所述计算费用支付给所述编号对应的所述量子计算区块链节点。
具体来讲，对于计算出评估结果较优的计算结果的量子计算区块链节点，其可以将该计算结果和自身编号发送至发布对应量子计算任务的量子计算区块链节点，发布任务的量子计算区块链节点首先找到评估结果最优的计算结果，然后计算该计算结果的哈希值，确定该哈希值存在于量子计算区块链中，并且接收到的编号与量子计算区块链中与该哈希值对应的编号一致，如此可以确定编号对应的量子计算区块链节点是找到该最优评估结果对应计算结果的节点，进而将提前预支的计算费用支付给该量子计算区块链节点。需要说明的是，计算出最优评估结果的量子计算区块链节点与找到目标随机数的量子计算区块链节点不一定是同一节点。
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。
Claims (5)
1.一种量子计算区块链系统，其特征在于，包括多个具有量子计算能力的量子计算区块链节点，所述量子计算区块链节点包括区块链规约模块和量子计算模块，其中，所述区块链规约模块包括：
任务子模块，用于提交待执行的量子计算任务的任务信息至量子计算区块链，所述量子计算任务包括基于量子计算的搜索任务，所述量子计算任务的任务信息包括搜索请求信息和评估器，所述评估器用于对所述搜索任务的搜索结果进行评估；
量子加密子模块，用于提供所述量子计算区块链进行签名和信息加密所需的量子安全加密功能；
共识机制子模块，用于提供所述量子计算区块链的共识机制，所述共识机制为寻找目标随机数的工作量证明机制，所述目标随机数哈希映射后的哈希值的前预设数位的数字为0；
区块管理子模块，用于形成所述量子计算区块链中的区块并将所述区块添加至所述量子计算区块链；在所述任务子模块提交待执行的量子计算任务的任务信息至量子计算区块链后，还用于将所述任务信息添加至所述量子计算区块链中当前正在形成的第一目标区块；在所述第一目标区块被添加至所述量子计算区块链后，还用于从所述第一目标区块中选择待执行的量子计算任务的任务信息，并在确定选择的所述任务信息均被支付计算费用后，将选择的所述任务信息添加至所述量子计算区块链中当前正在形成的第二目标区块；还用于设置所述量子计算任务对应的所述工作量证明机制中所述前预设数位的数量，将所述数量添加至所述量子计算区块链中当前正在形成的第二目标区块，所述数量正相关于所述量子计算任务的计算费用；
所述量子计算模块包括：
量子算法子模块，用于提供量子算法；
量子计算模拟子模块，用于在所述量子计算区块链节点为经典计算机时，为所述经典计算机提供量子计算模拟器以模拟量子计算环境，以使得所述经典计算机具有量子计算能力；
其中，在所述第二目标区块被添加至所述量子计算区块链后，所述共识机制子模块还用于：
从所述第二目标区块中获取一个或多个量子计算任务的任务信息；
所述量子计算模块还用于：
基于获取的所述任务信息执行量子计算任务，得到计算结果；
所述共识机制子模块还用于：
将所述计算结果输入获取的所述任务信息对应的评估器，得到评估结果；
计算所述计算结果的哈希值；
所述区块管理子模块还用于：
将所述计算结果的哈希值、所述评估结果和计算出所述计算结果的量子计算区块链节点的编号添加至所述量子计算区块链中当前正在形成的第三目标区块。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在所述第三目标区块被添加至所述量子计算区块链后，所述共识机制子模块还用于：
将所述计算结果、所述评估结果、计算出所述计算结果的量子计算区块链节点的编号以及当前正在形成的第四目标区块的上一目标区块的哈希值拼接成数字串；
计算所述数字串的哈希值；
在确定所述数字串的哈希值的所述前预设数位的数字均为0后，将所述计算结果、所述评估结果和计算出所述计算结果的量子计算区块链节点的编号广播至所述量子计算区块链；
所述量子计算区块链中接收到所述广播的量子计算区块链节点的共识机制子模块还用于：
将所述计算结果输入评估器，并确定该评估器输出的评估结果与接收的所述广播中的评估结果一致；
计算所述计算结果的哈希值，确定该计算结果的哈希值存在于所述第三目标区块，且所述第三目标区块中对应于该计算结果的哈希值的量子计算区块链节点的编号与所述广播中的所述量子计算区块链节点的编号一致；
所述编号对应的量子计算区块链节点的区块管理子模块还用于形成所述第四目标区块，并将所述第四目标区块广播至所述量子计算区块链，以使得接收到该广播的量子计算区块链节点将所述第四目标区块添加至本地的量子计算区块链，且所述编号对应的量子计算区块链节点获得所述量子计算区块链给予的挖矿奖励。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，在形成所述第四目标区块之前，所述区块管理子模块还用于：
形成与所述计算结果所属量子计算任务对应的小区块，将所述小区块添加至所述量子计算区块链的最长分支，以在所有所述量子计算任务对应的小区块均被添加至所述量子计算区块链后，形成所述第四目标区块添加于所述小区块后，其中，所述最长分支为包含最多目标区块的量子计算区块链分支，或在各个量子计算区块链分支包含的目标区块的数量相同时，所述最长分支为最后一个目标区块后的小区块数量最多的量子计算区块链分支。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述量子计算区块链节点还用于将所述计算结果和所述量子计算区块链节点的编号发送至提交所述量子计算任务的量子计算区块链节点，所述提交所述量子计算任务的量子计算区块链节点还用于确定所述计算结果输入所述评估器得到的评估结果最优，并确定所述计算结果的哈希值存在于所述量子计算区块链，且接收到的编号与所述量子计算区块链中该哈希值对应的编号相同，将所述计算费用支付给所述编号对应的所述量子计算区块链节点。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述基于量子计算的搜索任务包括基于量子计算的分子构象搜索任务。
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