Η Anthropic λέει ότι ο Claude ξεπέρασε τα καλύτερα δημοσιευμένα σχέδια κβαντικών κυκλωμάτων

Σε ερευνητική ανάρτηση που δημοσιεύτηκε στις 16 Οκτωβρίου 2026, η Anthropic ανέφερε ότι το μοντέλο της Claude Mythos 5, δουλεύοντας σε κλειστό βρόχο με έναν αυτοματοποιημένο αξιολογητή και σε μεγάλο βαθμό αυτόνομα, σχεδίασε κβαντικά κυκλώματα που ξεπερνούν τα καλύτερα κυκλώματα που είχαν δημοσιευτεί έως τότε σε οκτώ υπολογιστικές βασικές ρουτίνες, σε ορισμένες περιπτώσεις κατά μία ή περισσότερες τάξεις μεγέθους.

Οι βασικές αυτές ρουτίνες, από τις οποίες κατασκευάζονται μεγαλύτεροι κβαντικοί αλγόριθμοι, καλύπτουν τη χημεία, τη βελτιστοποίηση, την κβαντική προσομοίωση, τη θεωρία αριθμών και τους αριθμητικούς υπολογισμούς. Ο Andi Gu ηγήθηκε της εργασίας στο πλαίσιο του προγράμματος STEM Fellows Program της Anthropic, με την καθοδήγηση του Alek Kemeny, κβαντικού φυσικού στην Anthropic, και σε συνεργασία με τη Susanne Yelin του Harvard University και τον Mikhail Lukin του Harvard University και της QuEra Computing.

Μια συνοδευτική εργασία, με τίτλο Ανακαλύπτοντας κβαντικά κυκλώματα αιχμής με μεγάλα γλωσσικά μοντέλα, υποβλήθηκε στο arXiv στις 15 Οκτωβρίου 2026 από τους Gu, Kemeny, Yelin και Lukin και εκτείνεται σε 46 σελίδες, με 10 εικόνες και έξι πίνακες. Η περίληψη περιγράφει ένα εξελικτικό πλαίσιο στο οποίο μεγάλα γλωσσικά μοντέλα προτείνουν σχέδια κυκλωμάτων και ένας ανεξάρτητος αξιολογητής τα επαληθεύει και τα βαθμολογεί. Αναφέρει ότι σε επτά από τις οκτώ εργασίες τα κυκλώματα που ανακαλύφθηκαν μειώνουν σημαντικά τόσο τον αριθμό των πυλών Toffoli όσο και τον αριθμό των qubits σε σύγκριση με τα έως τότε κορυφαία, ενώ η όγδοη εργασία οδήγησε σε μια νέα αντιστρέψιμη αρχιτεκτονική για την αρθρωτή αντιστροφή σε σώματα πρώτης τάξης.

Μια εργασία σχεδιασμού σε κλειστό βρόχο

Η Anthropic ανέφερε ότι ο Claude ήταν κατάλληλος για αυτή την εργασία για τρεις λόγους. Τα κβαντικά κυκλώματα μπορούν να γραφτούν ως συνηθισμένος κώδικας, οπότε το μοντέλο μπορεί να γράφει, να εκτελεί και να αναθεωρεί σχέδια ως προγράμματα. Η συγκεκριμένη κατηγορία αλγορίθμων μπορεί να ελεγχθεί αποτελεσματικά ως προς την ορθότητά της, επειδή κάθε είσοδος δίνει ένα μοναδικό, σαφές αποτέλεσμα που μπορεί να επαληθεύσει ένας συμβατικός υπολογιστής. Επίσης, η βαθμολογία —το γινόμενο του αριθμού των qubits επί τον αριθμό των πυλών— παρέχει έναν αντικειμενικό στόχο, ο οποίος λειτουργεί ως δείκτης του χρόνου εκτέλεσης του κυκλώματος. Δουλεύοντας σε αυτόν τον κλειστό βρόχο, ο Claude Mythos 5 πρότεινε σχέδια σε Python, έλαβε από το πρόγραμμα αξιολόγησης σχόλια για την ορθότητά τους και μια βαθμολογία, και τα αναθεώρησε, χωρίς ανθρώπινη παρέμβαση μεταξύ των γύρων.

Η ανάρτηση περιγράφει δύο περιορισμούς που διακρίνουν τα κβαντικά κυκλώματα από τα συνηθισμένα προγράμματα. Ένα κύκλωμα δεν μπορεί να λαμβάνει αποφάσεις τύπου «αν-τότε», επειδή εκτελείται ταυτόχρονα σε υπέρθεση πολλών εισόδων και πρέπει να περιλαμβάνει τις πράξεις για κάθε πιθανή διαδρομή σε κάθε εκτέλεσή του. Επίσης, δεν μπορεί να απορρίπτει πληροφορίες, επειδή κάθε βήμα πρέπει να είναι αντιστρέψιμο· τα ενδιάμεσα αποτελέσματα πρέπει να αποθηκεύονται ή να «αναιρούνται» με την αντίστροφη εκτέλεση του υπολογισμού που τα δημιούργησε, με κόστος πρόσθετες πύλες. Μαζί, αυτοί οι περιορισμοί επιβάλλουν έναν συμβιβασμό ανάμεσα στον αριθμό των qubits και στον χρόνο εκτέλεσης.

Για να δείξει τι μπορεί να επιτύχει ο επανασχεδιασμός κυκλωμάτων, η ανάρτηση παραθέτει εκτιμήσεις για το κόστος προσομοίωσης του FeMoco, του συμπλέγματος σιδήρου–θείου στο κέντρο της νιτρογενάσης, του ενζύμου που χρησιμοποιούν τα βακτήρια για να μετατρέπουν το άζωτο της ατμόσφαιρας σε αμμωνία. Το 2017, οι ερευνητές εκτίμησαν ότι ο υπολογισμός της ενέργειας θεμελιώδους κατάστασης του FeMoco θα απαιτούσε περίπου 50 τρισεκατομμύρια πύλες Toffoli, έναν από τους πιο δαπανηρούς τύπους πυλών κατά την εκτέλεση και, επομένως, έναν συνήθη τρόπο εκτίμησης του χρόνου που θα χρειαζόταν ένας κβαντικός υπολογισμός.

Μια σειρά αλγοριθμικών εξελίξεων μείωσε την εκτίμηση για το ίδιο μοντέλο 54 τροχιακών σε περίπου 340 εκατομμύρια, δηλαδή κατά περίπου 150.000 φορές. Σύμφωνα με την ανάρτηση, αυτό αντιστοιχεί σε λίγες ώρες υπολογισμού σε ένα μελλοντικό μηχάνημα με περίπου τρία εκατομμύρια φυσικά qubits. Οι σημερινοί κβαντικοί υπολογιστές διαθέτουν μόνο εκατοντάδες έως χιλιάδες qubits, τα οποία είναι εξαιρετικά ευαίσθητα στον περιβαλλοντικό θόρυβο.

Ένας αντιστρέψιμος αλγόριθμος αρθρωτής αντιστροφής

Η πρώτη ανακάλυψη που περιγράφει αναλυτικά η ανάρτηση αφορά την πρόσθεση σημείων, τον κανόνα βάσει του οποίου συνδυάζονται δύο σημεία μιας ελλειπτικής καμπύλης για να προκύψει ένα τρίτο. Η πρόσθεση σημείων είναι το βασικό βήμα στους κβαντικούς αλγορίθμους για το πρόβλημα του διακριτού λογαρίθμου σε ελλειπτικές καμπύλες και ένα από τα καθιερωμένα σημεία αναφοράς του πεδίου· το μεγαλύτερο μέρος του κόστους της προέρχεται από ένα μόνο βήμα, την αρθρωτή αντιστροφή, δηλαδή την εκδοχή της διαίρεσης όπου τα αποτελέσματα επανέρχονται κυκλικά, η οποία χρησιμοποιείται στην αριθμητική των ελλειπτικών καμπυλών. Η Anthropic ανέφερε ότι ο Claude έλαβε μια μονοπαράγραφη περιγραφή που εξηγούσε τον μαθηματικό κανόνα και τον τρόπο με τον οποίο ο αξιολογητής θα έλεγχε και θα βαθμολογούσε κάθε σχέδιο. Στη συνέχεια εργάστηκε επί 53 ώρες με ελάχιστη ανθρώπινη παρέμβαση, η οποία περιοριζόταν στην περιγραφή και σε περιστασιακές προτροπές να εξετάσει το πρόβλημα ευρύτερα, προτού καταλήξει σε μια εντελώς νέα προσέγγιση.

Οι κλασικοί υπολογιστές εκτελούν αποτελεσματικά την αρθρωτή αντιστροφή με μια μέθοδο που ονομάζεται divsteps, αλλά η μέθοδος αυτή δεν είχε οδηγήσει σε ένα πρακτικό κβαντικό κύκλωμα. Η αντιστρεψιμότητα αναγκάζει το κύκλωμα να διατηρεί αρχείο για το ποια πράξη επιλέχθηκε σε κάθε επανάληψη, κάτι που ονομάζεται πληροφορία κλάδου, και η αποθήκευση αυτού του ιστορικού απαιτεί τεράστιο αριθμό πρόσθετων qubits. Ο Claude συλλογίστηκε ότι ίσως να μη χρειαζόταν καθόλου να αποθηκεύεται αυτό το αρχείο, καθώς η πληροφορία κλάδου θα μπορούσε να αποκωδικοποιηθεί με επιθεώρηση του ζεύγους αριθμών μετά από κάθε επανάληψη.

Οι πρώτοι υποψήφιοι κανόνες αποκωδικοποίησης λειτουργούσαν σε μικρές δοκιμές, αλλά αποτύγχαναν στο πλήρες πρόβλημα των 256 bit. Στη συνέχεια, ο Claude απέδειξε μια σειρά αποτελεσμάτων σχετικά με την επανάληψη, μεταξύ των οποίων και αρκετές νέες αλγεβρικές ταυτότητες, εξήγαγε έναν ακριβή τύπο αποκωδικοποίησης, τον έλεγξε με αριθμητικές προσομοιώσεις μεγάλης κλίμακας και διατύπωσε τον ισχυρισμό τυπικά στο Lean. Αφού ολοκληρώθηκε η επικύρωση, παρήγαγε αυτό που η Anthropic περιέγραψε ως την πρώτη αντιστρέψιμη υλοποίηση του divsteps χωρίς αποθηκευμένο ιστορικό κλάδων.

Επειδή η αποκωδικοποίηση εξοικονομεί qubits αλλά απαιτεί χρόνο, ο Claude δοκίμασε διαφορετικά όρια για το πότε το κύκλωμα αποθηκεύει τις πληροφορίες διακλάδωσης αντί να τις αποκωδικοποιεί, δημιουργώντας μια οικογένεια σχεδίων ανάμεσα στα δύο άκρα. Ένα κύκλωμα αυτής της οικογένειας χρησιμοποιεί 12% περισσότερα qubits, αλλά 17 φορές λιγότερες πύλες από το μικρότερο προηγούμενο σχέδιο, ενώ, σύμφωνα με την ανάρτηση, τα νέα σχέδια διευρύνουν το μέτωπο Pareto των συνδυασμών qubits και χρόνου εκτέλεσης. Τα καλύτερα σχέδια που είχαν δημοσιευτεί προηγουμένως και παρατίθενται για σύγκριση είναι των Schrottenloher (2026) και Luo et al. (2026).

Ένας αποκωδικοποιητής για κβαντική βελτιστοποίηση 12 φορές οικονομικότερος

Η δεύτερη ανακάλυψη αφορά την κβαντική συμβολομετρία με αποκωδικοποίηση (DQI), την οποία η ανάρτηση περιγράφει ως έναν από τους ισχυρότερους υποψηφίους για υπερπολυωνυμική κβαντική επιτάχυνση. Το υπολογιστικά πιο απαιτητικό βήμα του αλγορίθμου είναι ένας αποκωδικοποιητής διόρθωσης σφαλμάτων, και οι ερευνητές που εισήγαγαν την DQI την παρουσίασαν στο πρόβλημα του βέλτιστου πολυωνυμικού σημείου τομής (OPI), μια εκδοχή της προσαρμογής καμπύλης που βασίζεται σε πλέγμα, χρησιμοποιώντας έναν αποκωδικοποιητή Reed–Solomon. Σύμφωνα με τις εκτιμήσεις ερευνητών της Google Quantum AI που παρατίθενται στην ανάρτηση, η επίλυση ενός συγκεκριμένου προβλήματος OPI θα απαιτούσε περίπου τρεις μήνες στον υπερυπολογιστή Frontier, έναντι περίπου μίας ώρας σε έναν μελλοντικό κβαντικό υπολογιστή που θα εκτελεί DQI· το μεγαλύτερο μέρος αυτής της ώρας θα αφιερωνόταν στην αποκωδικοποίηση Reed–Solomon.

Το προηγούμενο κύκλωμα αιχμής επεξεργαζόταν συνδρόμους, δηλαδή συμπαγείς περιλήψεις σφαλμάτων, με τον εκτεταμένο ευκλείδειο αλγόριθμο, όπου ο αριθμός και η σειρά των βημάτων εξαρτώνται από την είσοδο. Επειδή ένα κβαντικό κύκλωμα χειρίζεται πολλές εισόδους με μία σταθερή ακολουθία πυλών, αυτός ο σχεδιασμός έπρεπε να κατανέμει τον υπολογισμό σε περισσότερους γύρους από όσους θα χρειαζόταν οποιαδήποτε μεμονωμένη είσοδος και να εκτελεί κάθε πράξη σε κάθε γύρο. Αντί γι’ αυτό, ο Claude σχεδίασε το κύκλωμά του γύρω από την αποκωδικοποίηση Berlekamp–Massey, η οποία εκτελεί το ίδιο είδος βήματος σε κάθε γύρο και έχει πάντα τον ίδιο αριθμό γύρων.

Η αντιστρεπτή υλοποίηση αυτής της μεθόδου δημιούργησε πρόβλημα αποθήκευσης: οι προσωρινές τιμές που υπολογίζονται σε κάθε γύρο πρέπει να μπορούν να ανακτηθούν, ώστε να αναιρεθούν αργότερα οι υπολογισμοί τους, ενώ η δέσμευση μνήμης για τη χειρότερη περίπτωση —μια εξαιρετική τιμή που προκύπτει σε 35 διαφορετικούς γύρους— θα απαιτούσε 665 qubits. Ο Claude έγραψε έναν προσομοιωτή υψηλής ταχύτητας και εκτέλεσε 403 εκατομμύρια δοκιμαστικές αποκωδικοποιήσεις για να μετρήσει πόσο συχνά εμφανίζονται τέτοιες εξαιρέσεις· σχεδόν σε κάθε εκτέλεση χρειαζόταν να αποθηκευτεί το πολύ μία τιμή, οπότε το κύκλωμα δεσμεύει 19 qubits για μία αποθηκευμένη τιμή.

Περίπου μία στις 10.000 εκτελέσεις χρειάζεται περισσότερα από αυτά και αποτυγχάνει· σύμφωνα με την ανάρτηση, αυτό είναι σαφώς εντός του επιτρεπόμενου ποσοστού σφάλματος για την εργασία. Η ανάρτηση αναφέρει ότι οι βελτιστοποιήσεις, συνολικά, μείωσαν κατά 12 φορές τον αριθμό πυλών του αποκωδικοποιητή σε σύγκριση με την προηγούμενη κατασκευή της Google, χάρη σε αλλαγές σε τρία επίπεδα: στη μέθοδο, στην αρχιτεκτονική του κυκλώματος και στον προϋπολογισμό πόρων.

Περιορισμοί και δηλωμένες προοπτικές

Η Anthropic ανέφερε ότι, στα πρώτα πειράματα, ο Claude ήταν επιφυλακτικός: αμφισβητούσε επανειλημμένα φαινομενικές βελτιώσεις, επαλήθευε δύο και τρεις φορές αποτελέσματα που στηρίζονταν σε ισχυρά τεκμήρια και προτιμούσε καθιερωμένες, ευρέως γνωστές προσεγγίσεις. Όπως σημειώνει η ανάρτηση, αυτή η επιφυλακτικότητα ήταν μερικές φορές χρήσιμη και οδήγησε στις αποδείξεις στο Lean που επαλήθευσαν τον σχεδιασμό divsteps. Η ομάδα έλαβε δύο μέτρα μετριασμού: ζήτησε από τον Claude να προτείνει παράλληλα αρκετές προσεγγίσεις που διέφεραν ποιοτικά μεταξύ τους και, κατά διαστήματα, τον προέτρεπε να διευρύνει την αναζήτησή του.

Η ανάρτηση αντιπαραβάλλει τη μείωση κατά 150.000 φορές του FeMoco, η οποία, όπως αναφέρει, χρειάστηκε οκτώ χρόνια δουλειάς από πολλές ερευνητικές ομάδες, με τη μοναδική εκτέλεση διάρκειας 53 ωρών που οδήγησε στον σχεδιασμό για τις ελλειπτικές καμπύλες. Η Anthropic δήλωσε ότι τα αποτελέσματα υποδηλώνουν πως η τεχνητή νοημοσύνη μπορεί να υποστηρίξει το έργο σχεδιασμού κυκλωμάτων και έθεσε το ενδεχόμενο η τεχνητή νοημοσύνη να μπορεί να βελτιστοποιεί από κοινού τα στοιχεία ενός κβαντικού υπολογιστή με διόρθωση σφαλμάτων, από τον αλγόριθμο έως το υλικό, για ένα συγκεκριμένο πρόβλημα. Η ανάρτηση ευχαριστεί τους Arjun Kar και Vinay Ramasesh για τις χρήσιμες συζητήσεις στα πρώτα στάδια του έργου.