IT之家 10 月 17 日付の報道によると、Anthropic は 10 月 16 日に研究を発表し、同社の AI モデル Claude がほぼ人手を介さずに、8 種類の量子計算タスクに対して、これまで発表された最良の回路よりも効率的な設計を考案したと述べた。
IT之家がブログ記事を引用して紹介したところによると、量子コンピュータは量子ビットによって動作するが、現在のデバイスは通常数百から数千の量子ビットしか持たず、熱や振動などの環境ノイズに極めて敏感である。量子ビットと実行時間はどちらも希少なリソースであり、したがって量子計算を実用に近づける鍵は、回路に必要な量子ビット数と量子ゲート数を減らすことである。
量子ビット(qubit)は量子計算の「情報単位」である:古典コンピュータはビットで 0 または 1 を表すが、量子ビット(qubit)は 0 と 1 の重ね合わせ状態、すなわち両方の状態の「確率振幅」を同時に持つことができる。しかし量子ビットは非常に脆弱である。熱、振動、電磁ノイズなどがデコヒーレンスや計算誤差を引き起こすため、現在の量子デバイスは通常数百から数千の量子ビットしか持たず、極低温、遮蔽、誤り訂正の仕組みが必要となる。
一方、量子ゲートは 1 つまたは複数の量子ビットに施されるユニタリ変換であり、古典論理ゲート(AND、NOT など)の量子版に相当するが、作用対象は重ね合わせ状態とエンタングル状態である。量子回路とは、時間順に並べられた一連の量子ゲートに、初期化や測定などの手順を加えたものである。
量子回路の「コスト」を測るには、通常 2 つの指標が見られる:必要な量子ビットの数と、必要な量子ゲートの数である。量子ビットが少なくゲート数が少ないほど、ハードウェアへの負担、実行時間、ノイズの蓄積は通常低くなる。
Anthropic の研究チームは、平易な言葉で Claude に対し、化学、最適化、物理シミュレーション、数論、数値計算などの分野に由来する 8 つのタスクを説明し、自動評価プログラムを設定した。
このプログラムは Claude が提案した回路が正しいかどうかを検証し、「量子ビット数 × 量子ゲート数」に基づいて採点する。Claude はその後、フィードバックに基づいて反復的に改善を行い、閉ループの設計プロセスを形成した。
結果によると、Claude が発見した新設計は量子ビットと量子ゲートの数を減らしただけでなく、既存の手法の小幅な微調整ではなく、新たな数学的・構造的な発想を提示した。
例えば、硫化鉄分子のシミュレーションでは、Claude は分子の対称性と繰り返し構造を利用し、一部の結果を一度計算した後に再利用した。量子最適化アルゴリズムのデコード段階では、最もコストの高いステップのコストを 12 分の 1 に低減した。
その中の代表的な成果の 1 つが楕円曲線上の点加算に関わるものである。Claude は約 53 時間の自律的な探索を経て、完全な分岐履歴を保存することなく逆方向に実行できる可逆アルゴリズムを提案し、量子ビット数と実行時間の間で異なるバランスを取る一連の新設計を作り上げた。
研究者らは、こうした進展により実用的な量子応用に求められるハードウェア規模の要件が低減され、新薬設計、高効率電池、新型触媒、よりクリーンな肥料生産などの問題に対する量子計算ソリューションの早期実現が期待できると考えている。ただし研究では、量子回路設計はフォールトトレラント量子コンピュータの構築の一要素にすぎず、誤り訂正やハードウェア制御などの問題は依然として協調したブレークスルーが必要であると指摘されている。
