Claude Mythos 5 entwirft Quantenschaltkreise 17-mal effizienter

Anthropic hat eine Studie veröffentlicht, der zufolge sein KI-Modell Claude Mythos 5 eigenständig neue Quantenschaltkreis-Entwürfe entwickelt hat, die bestehende Methoden in mehreren Punkten übertreffen. Für einen bestimmten Berechnungstyp, die Addition von Punkten auf elliptischen Kurven, benötigt der neu gefundene Entwurf 17-mal weniger Quantengatter als der bisher beste veröffentlichte Ansatz, bei einem Anstieg der Qubit-Zahl um 12%. Die Ergebnisse sind laut Anthropic noch nicht auf echter Quantenhardware validiert.

Kurz gefasst:

• Claude Mythos 5 optimierte acht Quantenschaltkreis-Entwürfe aus den Bereichen Chemie, Optimierung, physikalische Simulation und Zahlentheorie.
• Ein Entwurf benötigt bei Berechnungen auf elliptischen Kurven 17-mal weniger Gatter; ein anderer reduziert die Gatterzahl für die Reed-Solomon-Dekodierung um etwa das 12-Fache.
• Die Verbesserungen beruhen auf neuen mathematischen Erkenntnissen, nicht auf der Anpassung bestehender Entwürfe.

Eigenständige Optimierung im geschlossenen Regelkreis

Für die Studie erhielt Claude Mythos 5 in Alltagssprache beschriebene Spezifikationen von acht grundlegenden Routinen, die in größeren Quantenalgorithmen zum Einsatz kommen. Ein automatisiertes Bewertungsprogramm prüfte und beurteilte jeden Entwurf; auf Basis dieses Feedbacks konnte das Modell anschließend einen verbesserten Vorschlag einreichen, ohne dass Menschen eingriffen.

Laut Anthropic eignet sich Claude Mythos 5 gut für diese Art von Arbeit, weil sich Quantenschaltkreise als gewöhnlicher Programmcode beschreiben lassen, was das Modell in die Lage versetzt, Entwürfe zu schreiben, auszuführen und zu überarbeiten. Zudem gibt es für die untersuchte Klasse von Algorithmen einen klaren objektiven Maßstab: die Anzahl der Qubits multipliziert mit der Anzahl der Gatter.

In allen acht Fällen fand das Modell Verbesserungen, indem es neue strukturelle und mathematische Eigenschaften des Problems aufdeckte. Bei der Simulation einer Eisensulfid-Verbindung entdeckte Claude, dass Symmetrien in der Molekülstruktur Neuberechnungen überflüssig machten. In anderen Fällen enthielten bestehende Schaltkreise teure Bestandteile, die nur für äußerst seltene Eingabewerte nötig waren; diese wurden entfernt.

Berechnungen auf elliptischen Kurven und Reed-Solomon-Dekodierung

Die auffälligste Verbesserung betrifft die modulare Inversion, den teuersten Schritt bei Berechnungen auf elliptischen Kurven. Claude entwickelte dafür einen umkehrbaren Algorithmus, der das Speichern von Zwischeninformationen zur Verzweigung überflüssig macht. Der resultierende Schaltkreis für die Addition von Punkten auf elliptischen Kurven benötigt 17-mal weniger Gatter als der bisher effizienteste veröffentlichte Entwurf, auf Kosten von 12% mehr Qubits.

Darüber hinaus senkte Claude die Gatterzahl von Reed-Solomon-Dekodierungsschaltkreisen im Quantenoptimierungsalgorithmus DQI um den Faktor 12. Durch die Anpassung des Schwellenwerts, ab dem der Schaltkreis Verzweigungsinformationen speichert statt dekodiert, entstand zudem eine Reihe von Zwischenentwürfen. Das vergrößert die sogenannte Pareto-Front: Kombinationen aus Qubit-Zahl und Rechenzeit, die bisher nicht verfügbar waren.

Die Studie wurde von Andi Gu im Rahmen von Anthropics STEM Fellows Program geleitet, mit Betreuung durch den Quantenphysiker Alek Kemeny von Anthropic und in Zusammenarbeit mit Susanne Yelin und Mikhail Lukin von der Harvard University und QuEra Computing. Anthropic weist darauf hin, dass sich die Ergebnisse noch im Stadium des Schaltkreis-Entwurfs und der Verifikation befinden und noch nicht auf echter Quantenhardware getestet wurden.