Designing more efficient quantum circuits with Claude

Anthropic 원문(2026-10-16)을 읽었어요. 원문이 길어서 도입과 방법, 가역 알고리즘 설명 앞부분까지 옮겼고 이후 세부 사례·표는 읽지 못해 partial로 표시해요. 논문은 arXiv에 따로 있어요.

요약

양자컴퓨터가 제한된 하드웨어에서 유용한 알고리즘을 돌리려면 회로를 정교하게 설계해야 해요. Anthropic은 화학, 최적화, 물리 시뮬레이션, 정수론에서 뽑은 회로 8개의 평이한 사양과 자동 평가기를 Claude에게 줬어요. Claude는 대부분 혼자 작업해 기존 최고 회로를 넘는 설계를 찾았고, 일부는 한 자릿수 이상 개선됐어요. 연구는 STEM Fellows 프로그램의 Andi Gu가 이끌었고 Alek Kemeny가 지도, 하버드의 Susanne Yelin·Mikhail Lukin(QuEra)과 협업했어요.

왜 회로 설계가 중요한가

지금 양자컴퓨터는 큐비트가 수백–수천 개뿐이고 열·진동·우주선 같은 잡음에 약해요. 그래서 큐비트와 시간을 덜 쓰도록 알고리즘을 다시 설계하는 연구가 이어져 왔어요.

• 예: 질소고정 효소의 핵심인 FeMoco의 바닥상태 에너지 계산은 2017년 약 50조 개 Toffoli 게이트가 필요하다고 추정됐어요.
• 알고리즘 개선으로 약 3억 4천만 개까지 줄었어요(약 15만 배). 물리 큐비트 약 300만 개 기계로 몇 시간 걸리는 수준이에요.
• 이 감소는 대부분 하드웨어가 아니라 회로 재설계에서 나왔어요.

방법

• 회로는 코드로 적을 수 있어서 Claude가 프로그램처럼 쓰고 돌리고 고칠 수 있어요.
• 관심 대상 알고리즘은 입력마다 정답이 하나라 일반 컴퓨터로 정확성을 검사할 수 있어요.
• 점수는 큐비트 수 × 게이트 수로, 실행 시간의 대리 지표예요.
• Claude Mythos 5는 설계 제안 → 평가기의 검증·점수 → 개선을 사람 개입 없이 반복했어요.

결과

8개 기본 루틴 모두에서 기존 최고 알고리즘보다 큐비트와 게이트를 둘 다 줄였어요. 개선은 기존 설계 미세 조정이 아니라 새 구조적·수학적 통찰에서 나왔다고 해요. 철-황 분자 시뮬레이션에서는 대칭과 반복 구조를 보고 한 번 계산해 재사용했고, 극히 드문 입력만을 위한 비싼 부품을 뺀 경우도 있었어요. 소개된 두 사례는 타원곡선 계산에서 가장 비싼 모듈러 역원의 새 방법과, 주요 양자 최적화 알고리즘의 가장 비싼 단계를 약 12배 싸게 만든 것이에요.

양자 회로의 제약

양자 회로는 중첩 때문에 if-then 분기를 고를 수 없어 두 경로 연산을 모두 넣어야 하고, 정보를 지울 수 없어 중간 결과를 거꾸로 실행해 "uncompute"해야 해요. 그래서 큐비트(공간)와 게이트(시간) 사이 절충이 생기고, 이것이 Claude 능력을 시험하기 좋은 이유라고 설명해요.