7 mạch lượng tử giảm đồng thời số qubit và cổng Toffoli

Anthropic cho biết Claude Mythos 5 đã tìm ra phương án cải tiến cho 8 bài toán thiết kế mạch lượng tử. Tóm tắt bài báo cho biết số qubit và cổng Toffoli cùng giảm ở 7 bài toán; bài toán còn lại tìm được một cấu trúc thuận nghịch mới để tính nghịch đảo modulo trên trường hữu hạn.

Ngày 16 tháng 10, Anthropic công bố kết quả thiết kế mạch dùng trong hóa học, tối ưu hóa, mô phỏng lượng tử, lý thuyết số và tính toán số. Thông báo của công ty nói cả 8 mạch đều giảm số qubit và cổng, trong khi tóm tắt bài báo của nhóm nghiên cứu chung ghi nhận hai loại tài nguyên cùng giảm ở 7 bài toán.

Phương pháp nghiên cứu vận hành theo vòng lặp: mô hình đề xuất mã mạch, một chương trình đánh giá riêng chấm độ chính xác và lượng tài nguyên, rồi trả kết quả lại cho mô hình. Tóm tắt bài báo cho biết cách làm này giúp giảm đồng thời số qubit và số cổng Toffoli so với mạch hiện có ở 7 bài toán. Cổng Toffoli là một chỉ số dùng để so sánh tài nguyên tính toán của mạch lượng tử.

Trong mạch cộng điểm trên đường cong elliptic, nhóm nghiên cứu đưa ra thiết kế dùng nhiều hơn 12% qubit so với thiết kế tối thiểu trước đó, nhưng giảm số cổng 17 lần. Kết quả này mở rộng các lựa chọn đánh đổi giữa lượng qubit sử dụng và khối lượng tính toán. Anthropic cho biết họ áp dụng phương pháp Berlekamp–Massey cho bộ giải mã Reed–Solomon trong thuật toán tối ưu hóa lượng tử, qua đó giảm số cổng 12 lần so với cấu hình trước.

Mạch lượng tử khó tùy ý xóa các giá trị trung gian và cũng khó thay đổi đường thực thi tùy theo đầu vào. Vì phép tính phải được thiết kế theo cách có thể đảo ngược, một số mạch có thể cần thêm qubit hoặc cổng. Anthropic cho biết thiết kế bộ giải mã Reed–Solomon sử dụng phương pháp khôi phục giá trị trung gian.

Bài báo dùng chi phí TQ, kết hợp số qubit và chi phí tài nguyên mạch, làm chỉ số so sánh. Bài báo cũng lưu ý trọng số đánh giá có thể thay đổi tùy phần cứng và ứng dụng.

Mối liên hệ với tiền mã hóa nằm ở phép tính đường cong elliptic. Phép cộng điểm trên đường cong elliptic là phép toán cốt lõi trong các thuật toán lượng tử giải bài toán logarit rời rạc trên đường cong elliptic. Nghiên cứu này tập trung vào thiết kế tài nguyên mạch; kết quả không trình diễn việc chạy trên phần cứng lượng tử thực tế, khôi phục khóa mật mã hay giải mã Bitcoin.

Bài viết trước về chi phí mạch cho cuộc tấn công lượng tử vào Bitcoin cũng phân biệt giữa một cuộc tấn công thực tế và ước tính tài nguyên mạch. Nghiên cứu lần này là ví dụ về cải tiến thiết kế tài nguyên cho mạch tính toán đường cong elliptic, không phải kết quả giải mã mật mã.

Nghiên cứu này là một ứng dụng mô hình vào thiết kế mạch tính toán khoa học, riêng biệt với tin Claude Mythos 5 được cung cấp hạn chế. Bài báo đã được công bố trên arXiv.