Anthropic hat eine Forschungsarbeit veröffentlicht, die zeigt, dass sein Modell Claude Mythos 5 Quantenschaltungen entwickelt hat, die bis zu 17-mal weniger Rechengatter benötigen als die kleinsten bisher veröffentlichten Entwürfe. Die Ergebnisse vom 16. Oktober folgen Googles jungstem Quantencomputing-Durchbruch, der Fehler bei Experimenten mit seinem Willow-Prozessor reduzierte.

Laut Anthropics Forschung verbesserte das KI-Modell acht Schaltungsentwürfe aus der Quantenchemie, Physiksimulationen, Optimierung und Zahlentheorie. Die Ergebnisse stammen aus automatisierten Designtests, und die Forscher haben die Schaltungen noch nicht auf Quantenhardware demonstriert.

Weniger Gatter für Operationen auf elliptischen Kurven

Das Projekt wurde im Rahmen von Anthropics STEM Fellows Program durchgeführt, geleitet von Andi Gu mit Unterstützung des Physikers Alek Kemeny. Auch die Harvard-Forscher Susanne Yelin und Mikhail Lukin trugen dazu bei. Die Arbeit untersuchte rechnerische Aufgaben, die als Bausteine für größere Quantenalgorithmen dienen.

Claude Mythos 5 erhielt schriftliche Anweisungen zu acht Schaltungsdesign-Problemen und erarbeitete Lösungen mithilfe eines automatisierten Evaluators. Das System prüfte jeden Vorschlag auf Korrektheit und maß die Effizienz anhand des Qubit-Bedarfs und der Anzahl der Quantengatter. Die Gatteranzahl ist eine viel beachtete Effizienz Kennzahl im Quantencomputing, da jedes Gatter eine Operation ist, die die Hardware ausführen muss, und auf Maschinen, die noch mit der Qubit-Stabilität zu kämpfen haben, jede zusätzliche Operation den Fehlerkorrekturaufwand erhöht.

Ein Experiment konzentrierte sich auf die Punktaddition auf elliptischen Kurven, eine Operation, die eine modulare Inversion benötigt, um ihre Rechenschritte abzuschließen. Claude entwickelte eine reversible Version des Divsteps-Algorithmus, die während der Berechnungen auf die Speicherung der Verzweigungshistorie verzichtet. Reversibilität ist eine grundlegende Anforderung im Quantencomputing, da Quantenoperationen Zwischenwerte nicht so verwerfen können wie klassische. Der resultierende Entwurf reduzierte den Quantengatter-Bedarf im Vergleich zur kleinsten bisher veröffentlichten Schaltung um etwa das 17-Fache, benötigte jedoch 12 % mehr Qubits – ein Kompromiss zwischen Speicher und rechenerischen Operationen.

Die Ergebnisse ergänzen die wachsende Forschung zur Effizienz von Quantenhardware und den Ressourcen, die für komplexe kryptografische Berechnungen erforderlich sind. Eine frühere Google-Forschungsarbeit zum Quantencomputing untersuchte, wie künftige Maschinen die in Bitcoin verwendete Verschlüsselung mit elliptischen Kurven herausfordern könnten. Da Bitcoins digitale Signaturen auf ebender Arithmetik elliptischer Kurven beruhen, sind die Kosten von Operationen wie der Punktaddition einer der Eingabefaktoren, die Schätzungen darüber beeinflussen, wie groß eine künftige Quantenmaschine sein müsste.

Anthropics Experiment dauerte etwa 53 Stunden, in denen Claude seinen mathematischen Ansatz wiederholt testete und verfeinerte. Die Forscher verifizierten die Modulinversionsmethode durch numerische Simulationen und formale mathematische Beweise mit der Lean-Software, einem Open-Source-Beweisassistenten, der jeden Schritt eines mathematischen Arguments überprüft.

12-fache Verbesserung beim Dekodieren der Quantenfehlerkorrektur

Claude Mythos 5 erzielte eine weitere Verbesserung bei der Arbeit an der Reed-Solomon-Dekodierung innerhalb des Optimierungsalgorithmus Decoded Quantum Interferometry. Das Modell ersetzte einen erweiterten euklidischen Ansatz durch den Berlekamp-Massey-Algorithmus und verringerte damit die Anzahl der bei der Dekodierung erforderlichen Operationen. Berlekamp-Massey ist eine klassische Dekodierungstechnik aus den 1960er Jahren und bleibt ein Standardwerkzeug für Reed-Solomon-Codes, die häufig in Speicher- und Kommunikationssystemen eingesetzt werden.

Der neu gestaltete Schaltkreis reduzierte den Gatterbedarf im Vergleich zu Googles früherem Aufbau um etwa das 12-Fache. Über 403 Millionen Teststichproben hinweg senkte Claude den reservierten Speicher unter einer festgelegten Fehlertoleranz von 665 auf 19 Qubits.

Dies sind Verbesserungen an Schaltungsentwürfen und keine abgeschlossenen Berechnungen auf physischen Quantenprozessoren. Die aktuelle Hardware steht weiterhin vor Herausforderungen in Bezug auf Qubit-Stabilität, Fehlerkorrektur und die Ressourcen, die für ausgedehnte Berechnungen benötigt werden.

Kryptobranche rüstet sich für die Quantenbedrohung

Die Forschungsergebnisse erscheinen in einer Phase, in der Kryptowährungsunternehmen sich auf mögliche künftige Quantenangriffe gegen bestehende digitale Signatursysteme vorbereiten. Frühere Forschungen zu Quantenbedrohungen für Kryptowährungen untersuchten, wie Fortschritte in der künstlichen Intelligenz die Zeitpläne der kryptografischen Sicherheit beeinflussen könnten.

In der Zwischenzeit hat Coinbase Bitcoin-Entwickler kürzlich aufgefordert, mit der Vorbereitung quantenresistenter Upgrades zu beginnen, und gewarnt, dass die Umsetzung Jahre dauern könnte. Die Empfehlungen der Börse umfassten alternative Signatursysteme und Wallet-Designs, die künftige Übergänge unterstützen könnten.

Anthropic entwickelt seine Claude-Modelle weiterhin für wissenschaftliche Forschung und technisches Problemlösen weiter, einschließlich Coding- und mathematischer Anwendungen. Die frühere Version Claude Opus 5.5 konzentrierte sich auf Coding-Leistung und professionelle Anwendungen.

Die neuesten Ergebnisse bedürfen weiterer Tests, insbesondere auf physischen Quantencomputern. Anthropic hat weder eine Hardware-Demonstration noch einen Zeitplan für den Einsatz der neu entworfenen Schaltungen angekündigt. Bis eine solche Demonstration stattfindet, existieren die berichteten Gattereinsparungen in Simulation und formalem Beweis und nicht auf einer Maschine, und ob Bitcoins quantenresistenter Übergang über Empfehlungen hinausgelangt, bleibt abzuwarten.