Anthropic Claude Mythos 5 Quantum Circuit Design Secara Signifikan Mengurangi Jumlah Gerbang

Claude Mythos 5 dari Anthropic telah mengembangkan desain sirkuit kuantum yang memerlukan 17 kali lebih sedikit gerbang dibandingkan dengan metode sebelumnya. Hasil ini berpotensi membantu insinyur menjalankan algoritma kuantum yang menuntut dengan lebih sedikit sumber daya komputasi, serta menawarkan pendekatan baru untuk mengatasi salah satu tantangan rekayasa terbesar dalam komputasi kuantum: menyeimbangkan kebutuhan memori dengan waktu pemrosesan. Desain ini berasal dari eksperimen selama 53 jam yang dipimpin oleh peneliti Andi Gu, yang dilakukan melalui program peneliti STEM Anthropic.

Claude mengembangkan algoritma aritmetika reversibel untuk perhitungan kurva elips dan bekerja sama dengan peneliti dari Harvard University dan QuEra Computing dalam proyek ini. Hasil penelitian menunjukkan bahwa desain sirkuit otomatis berpotensi mempercepat kemajuan dalam komputasi kuantum praktis.

Komputer kuantum memproses informasi melalui qubit, yang dapat mewakili kombinasi status melalui superposisi. Namun, komputer kuantum yang ada saat ini hanya memiliki ratusan hingga ribuan qubit, dan gangguan lingkungan dapat memperkenalkan kesalahan selama proses komputasi. Oleh karena itu, insinyur harus membuat sirkuit kuantum seefisien mungkin. Setiap operasi mengkonsumsi sumber daya komputasi, sementara penyimpanan hasil sementara memerlukan qubit tambahan. Sirkuit kuantum juga tidak dapat dengan mudah membuang informasi sementara, karena operasinya harus tetap reversibel. Temuan baru yang dihasilkan dari program peneliti STEM kami menunjukkan bahwa sirkuit kuantum yang dirancang oleh Claude Mythos 5 berdasarkan instruksi yang jelas melampaui desain terbaik yang ada, dalam beberapa kasus bahkan meningkatkan performa beberapa urutan besaran.

Algoritma Baru Mengoptimalkan Perhitungan Kurva Elips

Anthropic memberikan tugas optimasi kepada Claude, mencakup delapan blok komputasi seperti kimia, simulasi fisika, optimasi, teori bilangan, dan komputasi numerik. Penilai otomatis memeriksa keakuratan setiap desain dan menilai kebutuhan sumber daya. Claude Mythos 5 dalam siklus desain dan pengujian berulang dapat menyempurnakan proposalnya tanpa intervensi manusia, dengan hasil akhir yang menunjukkan perbaikan dibandingkan desain yang dipublikasikan sebelumnya, dengan beberapa pengurangan mencapai beberapa urutan besaran.

Salah satu hasil yang sangat mencolok melibatkan inversi modul, yang merupakan operasi matematis yang digunakan dalam aritmetika kurva elips.

Operasi ini memainkan peran penting dalam algoritma kuantum untuk masalah logaritma diskrit kurva elips. Claude fokus pada algoritma yang disebut divsteps, yang menyederhanakan nilai melalui operasi kondisional berulang. Komputer klasik dapat menjalankan metode ini dengan efisien, tetapi mengubahnya menjadi sirkuit kuantum membawa masalah penyimpanan yang signifikan. Sirkuit reversibel harus menyimpan cukup informasi untuk membangun kembali setiap langkah perhitungan, sehingga divsteps perlu mencatat keputusan cabangnya, yang dapat menghabiskan banyak qubit tambahan. Claude mengembangkan metode untuk memulihkan keputusan ini langsung dari nilai tengah.

Peluang dan Tantangan Desain Otomatis

Ia menyusun identitas matematis untuk menetapkan metode ini dan menguji kelayakannya melalui simulasi numerik, akhirnya menggunakan Lean untuk memformalkan keakuratannya. Sirkuit akhir tidak lagi memerlukan penyimpanan riwayat keputusan cabang secara lengkap. Claude kemudian mengeksplorasi desain campuran, yang menyimpan sebagian informasi dan membangun kembali sisanya. Salah satu desain yang digunakan memerlukan 12% lebih banyak qubit dibandingkan desain minimum sebelumnya, tetapi jumlah gerbang yang diperlukan berkurang 17 kali. Keseimbangan ini memperluas pilihan bagi insinyur yang bekerja dengan perangkat keras kuantum yang terbatas.

Anthropic juga melaporkan perbaikan dalam tugas desain sirkuit lainnya. Salah satu optimasi mengurangi biaya langkah paling mahal dalam algoritma optimasi kuantum terkemuka sekitar 12 kali. Hasil ini dicapai berdasarkan bertahun-tahun usaha untuk mengurangi sumber daya yang diperlukan untuk komputasi kuantum praktis. Peneliti memperkirakan pada tahun 2017 bahwa mensimulasikan energi keadaan dasar dari kompleks FeMoco yang terlibat dalam fiksasi nitrogen biologis memerlukan sekitar 500 triliun gerbang Toffoli. Kemajuan selanjutnya telah menurunkan perkiraan ini menjadi sekitar 340 juta gerbang, mengurangi sekitar 150.000 kali.

Anthropic percaya bahwa optimasi sirkuit otomatis memiliki potensi untuk mempercepat kemajuan serupa. Meskipun demikian, masih ada hambatan penting yang harus diatasi. Komputer kuantum masih memerlukan koreksi kesalahan yang lebih baik, kontrol perangkat keras yang dapat diandalkan, dan sistem yang dapat mengelola qubit yang rentan selama perhitungan jangka panjang. Meskipun demikian, sirkuit yang dirancang oleh AI masih membantu peneliti menggunakan mesin di masa depan dengan lebih efektif.

Item	Spesifikasi
Jumlah Gerbang Sirkuit Kuantum	Berkurang menjadi 1/17
Algoritma Inversi Modul	Mengoptimalkan metode divsteps
Penggunaan Qubit	12% lebih banyak dibandingkan desain minimum

Dampak Desain Sirkuit Otomatis dan Tantangan Masa Depan

Desain sirkuit kuantum Claude Mythos 5 menunjukkan potensi desain otomatis dalam komputasi kuantum, terutama dalam mengurangi jumlah gerbang dan kebutuhan penyimpanan. Ini tidak hanya dapat meningkatkan efisiensi komputasi, tetapi juga membuka jalan untuk penerapan praktis komputasi kuantum. Namun, komputer kuantum masih menghadapi tantangan signifikan dalam koreksi kesalahan dan kontrol perangkat keras. Penelitian di masa depan perlu difokuskan pada masalah ini untuk memastikan komputer kuantum dapat beroperasi secara stabil dalam perhitungan jangka panjang, sehingga memungkinkan aplikasi yang lebih luas.