Claude Mythos 5 projetou sozinho circuitos quânticos melhores que os recordes publicados

A Anthropic mostrou que o Claude Mythos 5 é capaz de projetar sozinho circuitos quânticos melhores que as melhores soluções humanas já publicadas. Em alguns casos, o ganho foi de uma ordem de grandeza ou mais. O modelo recebeu descrições de oito circuitos de química, otimização, simulação de sistemas físicos e teoria dos números, além de um avaliador automático que verifica e pontua cada variante. O projeto foi conduzido por Andi Gu, no âmbito do Anthropic STEM Fellows Program. O mentor foi o físico quântico da Anthropic Alec Kemeny, e os coautores são Susanne Yelin, de Harvard, e Mikhail Lukin (Harvard, QuEra Computing).

O gargalo são os circuitos, não o hardware

As máquinas quânticas de hoje têm centenas ou milhares de qubits. Para muitos algoritmos de utilidade prática, isso é pouco. Os qubits também são sensíveis a ruído: calor, vibrações e até raios cósmicos alteram seu estado, pequenos erros se acumulam e o cálculo acaba retornando um resultado errado. Por isso, os pesquisadores tentam reescrever os algoritmos para que exijam menos qubits e menos tempo.

Um exemplo claro é o FeMoco, um aglomerado de ferro e enxofre na enzima nitrogenase, com o qual as bactérias convertem o nitrogênio do ar em amônia. Entender como ele funciona ajudaria a projetar catalisadores industriais melhores. Em 2017, estimava-se que o cálculo da energia do estado fundamental do FeMoco exigiria cerca de 50 trilhões de portas de Toffoli. Hoje, a estimativa caiu para cerca de 340 milhões, uma redução de 150 000 vezes. Isso corresponde a algumas horas de operação de uma futura máquina com cerca de três milhões de qubits físicos. A redução veio principalmente da reformulação dos circuitos, não de melhorias no equipamento.

Ciclo fechado sem humanos

Os autores explicam a escolha do Claude por três razões. Primeiro, circuitos quânticos são descritos em código, então o modelo pode escrevê-los, executá-los e corrigi-los como programas comuns. Segundo, a classe de algoritmos em questão é fácil de verificar: a cada entrada corresponde uma única saída definida, e um computador comum pode conferi-la. Por isso, um programa avaliador externo valida as propostas do modelo. Terceiro, existe uma métrica objetiva: o número de qubits multiplicado pelo número de portas. Ela serve como proxy para o tempo de execução do circuito.

O Claude Mythos 5 trabalhou em ciclo: propunha um projeto, recebia do avaliador o feedback e a pontuação e os levava em conta na tentativa seguinte. Entre as rodadas, não houve intervenção humana. As tarefas abrangeram oito primitivos computacionais, blocos básicos de algoritmos quânticos maiores, para química, otimização, simulação quântica, teoria dos números e computação numérica.

Principais parâmetros

• Modelo: Claude Mythos 5, operando em ciclo fechado, sem participação humana entre as rodadas
• Tarefas: 8 primitivos computacionais de química, otimização, física, teoria dos números e métodos numéricos
• Entrada: descrição do circuito em linguagem simples mais um avaliador automático
• Métrica: número de qubits × número de portas
• Resultado: projetos melhores que os melhores já publicados, em alguns casos por uma ordem de grandeza ou mais
• Contexto: a estimativa para o FeMoco caiu de 50 trilhões para cerca de 340 milhões de portas de Toffoli

O que muda para o setor

A principal conclusão da Anthropic: requisitos de recursos menores aproximam os computadores quânticos práticos em relação às expectativas anteriores. Equipes que constroem hardware quântico ou estimam prazos de aplicabilidade ganham um motivo para recalcular suas projeções de recursos.

A abordagem tem uma condição. Ela funciona onde o resultado pode ser verificado por um computador comum e a qualidade pode ser reduzida a um número. Para essa classe de algoritmos, segundo a descrição dos autores, a condição é atendida. O modelo é transferível: tarefa em linguagem natural, avaliador programático, uma única métrica e um ciclo autônomo de melhorias. Os detalhes de cada um dos oito circuitos estão no artigo completo no arXiv.