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研究前沿

Claude 用 53 小时自主设计量子电路:八项任务七项全面优于已发表方案

Anthropic 10 月 16 日公布,Claude Mythos 5 在「模型提方案、独立评测器打分」的闭环中为八类量子算法基本模块设计电路,七项同时降低 Toffoli 门与量子比特数,部分开销降至已发表最优的三十九分之一;椭圆曲线点加任务以多 12% 量子比特换取十七分之一的门数。论文已上 arXiv,但仅为资源估算,未在量子硬件上运行。

来源:Anthropic Research:Designing efficient quantum circuits原标题:Designing efficient quantum circuits查看原文
金黄色立方体构成的量子处理器结构与蓝色激光光路,旁边悬浮着手写的电路草图,顶部有中文标题

图片来源:北京拓实科技原创(AI 生成封面)

发生了什么

10 月 16 日,Anthropic 发布研究报告称,其 Claude Mythos 5 模型在几乎无人干预的情况下,为八类量子算法的基础电路给出了优于已发表方案的设计。配套论文《Discovering state-of-the-art quantum circuits with large language models》于 10 月 15 日提交 arXiv(编号 2610.22367),共 46 页,作者包括哈佛大学与 Anthropic STEM Fellows 项目的 Andi Gu、Anthropic 量子物理学家 Alek Kemeny,以及哈佛的 Susanne Yelin 与 Mikhail Lukin(同时为 QuEra Computing 联合创始人)。

方法本身比单个数字更值得关注。团队只给模型一段自然语言规格,模型用 Python 写出候选电路,一个独立评测程序检查正确性并按「Toffoli 门数 × 峰值量子比特数」打分,分数回传给模型,模型据此改写。整个循环中,人类只提供初始任务书和偶尔「再大胆一些」的提示,轮次之间没有人工修改。

关键数字

  • 八项任务中七项同时降低 Toffoli 门数与量子比特数,官方给出的开销降幅包括定点高斯约 39 倍、HHL 旋转角约 32 倍、库仑势约 9.9 倍、非阿贝尔格规范模拟约 7.7 倍;
  • 解码量子干涉测量所用的 Reed–Solomon 解码器改用 Berlekamp–Massey 方案后,最昂贵步骤的成本约为谷歌既有构造的十二分之一,最坏情况预留量子比特从 665 个降到 19 个;
  • 椭圆曲线点加任务产出约 400.7 万个 Toffoli 门、935 个逻辑量子比特的电路;相对作者重建的 6953 万门、838 比特基线,门数降约 17 倍、量子比特增 12%,单次加法失败界约 1.6×10⁻⁴;
  • 该模逆设计来自一次连续 53 小时的自主运行,模型放弃「保存分支历史」的传统思路,改为从结果反推分支,并用 Lean 完成形式化验证。

为什么对企业读者有意义

量子计算的瓶颈不只在硬件。现有机器只有数百到数千个物理量子比特,短期内无法运行多数有用算法,因此「把算法改写得更省资源」是过去八年最实际的研究方向——费莫辅基模拟的估算门数从 2017 年的约 50 万亿降到约 3.4 亿,靠的是多个团队长期人工优化。这次实验说明,当目标函数可以被程序自动验证时,模型可以在数十小时内穷举人类不常走的架构路径。这对材料、药物、密码学评估等依赖资源估算的决策有直接参考价值。

不能过度解读的地方

论文给的是资源估算,不是硬件运行结果,也没有对任何已部署密码系统发起攻击;用 935 个逻辑量子比特破解 secp256k1 仍远超现有容错能力。所有对比基线由作者重建,论文未经同行评审,且不同先前设计在门数与比特数之间做了不同取舍,不存在唯一「最优」。Anthropic 也承认模型早期过于保守、反复自我否定,研究人员不得不要求它并行尝试多条路线。真正可复用的结论是评测闭环:可自动校验的目标加上足够长的迭代,正在把「基准分数」变成「可发表的结果」。

编辑说明

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Claude 自主设计量子电路,七项优于已发表方案|北京拓实科技