Claude Mythos 5 сам спроектировал квантовые схемы лучше published-рекордов

Anthropic показала, что Claude Mythos 5 способен самостоятельно проектировать квантовые схемы лучше лучших опубликованных человеческих решений. В ряде случаев выигрыш составил порядок величины и более. Модели дали описания восьми схем из химии, оптимизации, моделирования физических систем и теории чисел, а также автоматический оценщик, который проверяет и оценивает каждый вариант. Проект вёл Анди Гу в рамках Anthropic STEM Fellows Program. Наставником был квантовый физик Anthropic Алек Кемени, соавторами — Сюзанна Елин из Гарварда и Михаил Лукин (Гарвард, QuEra Computing).

Узкое место — схемы, а не железо

Сегодняшние квантовые машины насчитывают сотни или тысячи кубитов. Для многих алгоритмов с практической пользой этого мало. Кубиты к тому же чувствительны к шуму: тепло, вибрации и даже космические лучи сдвигают их состояние, мелкие ошибки накапливаются, и вычисление выдаёт неверный ответ. Поэтому исследователи пытаются переписать алгоритмы так, чтобы им требовалось меньше кубитов и меньше времени.

Наглядный пример — FeMoco, железо-серный кластер в ферменте нитрогеназе, с помощью которого бактерии превращают азот из воздуха в аммиак. Понимание его работы помогло бы проектировать лучшие промышленные катализаторы. В 2017 году для расчёта энергии основного состояния FeMoco оценивали потребность примерно в 50 трлн вентилей Тоффоли. Сегодня оценка снизилась до примерно 340 млн, то есть в 150 000 раз. Это соответствует нескольким часам работы будущей машины с около трёх миллионов физических кубитов. Снижение в основном дала переработка схем, а не улучшение оборудования.

Замкнутый цикл без человека

Авторы объясняют выбор Claude тремя обстоятельствами. Во-первых, квантовые схемы описываются кодом, поэтому модель может писать, запускать и править их как обычные программы. Во-вторых, рассматриваемый класс алгоритмов легко проверить: каждому входу соответствует один определённый выход, и обычный компьютер может его сверить. Внешняя программа-оценщик поэтому валидирует предложения модели. В-третьих, есть объективная метрика: число кубитов, умноженное на число вентилей. Она служит прокси для времени выполнения схемы.

Claude Mythos 5 работал в цикле: предлагал дизайн, получал от оценщика обратную связь и счёт, учитывал их в следующей попытке. Между раундами человек не вмешивался. Задачи охватывали восемь вычислительных примитивов, базовых блоков более крупных квантовых алгоритмов, для химии, оптимизации, квантового моделирования, теории чисел и численных вычислений.

Ключевые параметры

• Модель: Claude Mythos 5, работа в замкнутом цикле без участия человека между раундами
• Задачи: 8 вычислительных примитивов из химии, оптимизации, физики, теории чисел и численных методов
• Вход: описание схемы простым языком плюс автоматический оценщик
• Метрика: число кубитов × число вентилей
• Результат: дизайны лучше лучших опубликованных, местами на порядок и более
• Контекст: оценка для FeMoco упала с 50 трлн до около 340 млн вентилей Тоффоли

Что изменится для отрасли

Главный вывод Anthropic: меньшие ресурсные требования приближают практические квантовые компьютеры по сравнению с прежними ожиданиями. Команды, которые строят квантовое железо или оценивают сроки применимости, получают повод пересчитать свои прогнозы по ресурсам.

У подхода есть условие. Он работает там, где результат можно проверить обычным компьютером и свести качество к числу. Для этого класса алгоритмов, по описанию авторов, условие выполняется. Шаблон переносим: задача на естественном языке, программный оценщик, одна метрика и автономный цикл улучшений. Подробности по каждой из восьми схем приведены в полной статье на arXiv.