量子计算机需要精心设计的电路，以便在有限的硬件上运行有用的算法。我们给Claude提供了八个这样的电路的通俗语言规范，这些电路源于化学、优化、物理模拟和数论，并附上了一个自动评估程序，用于检查和评分每个设计。在大部分情况下，Claude独立工作，发现的设计改进了目前已发表的最佳电路，在某些情况下提高了一个数量级以上。这些改进大幅减少了有用应用所需的量子资源，因此实用量子计算机可能比之前预想的更早到来。这项工作由Andi Gu领导，作为Anthropic STEM Fellows Program的一部分，导师为Anthropic的量子物理学家Alek Kemeny，与哈佛大学的Susanne Yelin和Mikhail Lukin合作。请在arXiv上阅读完整论文。与经典计算机通过0或1的位存储信息不同，量子计算机通过量子位存储信息，量子位可以由单个原子、超导电路或光子构建。这些量子位利用量子现象，例如叠加——允许量子系统同时存在于多个状态中——以便以传统计算机难以处理的方式处理信息。在目前为止，领域内构建的量子计算机仅有数百到数千个量子位——数量不够多，无法运行许多承诺具有实用优势的算法。而且这些量子位对环境噪声非常敏感，例如热量、振动甚至宇宙射线。微小的干扰可以改变量子位的状态，这些小错误会累积，直到计算机给出错误的答案。由于量子位和计算时间都是稀缺资源，研究人员一直在努力重新设计量子算法，以使用更少的量子位和更快地完成计算。一个说明性的例子是模拟FeMoco，氮化酶的铁硫簇，这种酶帮助细菌将空气中的氮转化为氨。理解其运作机制可以帮助科学家设计出更好的工业催化剂——制造商用来加速化学反应的物质。2017年，研究人员估计，量子计算机需要大约50万亿个Toffoli门来计算FeMoco的基态能量——其最稳定配置的能量，化学家需要它以预测FeMoco的反应。(与普通计算机类似，量子计算机通过对其量子位施加一系列简单操作（称为门）进行工作。Toffoli门是运行成本最高的门之一，因此计算Toffoli门的数量是估算计算耗时的标准方式。) 通过一系列算法改进，估计的门数量降至约3.4亿——大约减少了150,000倍，对应于在未来的具有300万物理量子位的计算机上进行几小时的计算。这些减少主要来自于重新设计进行计算的电路，而不是改进硬件。Claude在优化经典算法方面证明了特别的能力，因此我们想看看它是否可以在仅给出每个电路必须计算的通俗语言描述的情况下，对量子算法做同样的事情。Claude特别适合这项任务，原因有几个。首先，量子算法是作为量子电路实现的。这些电路由一系列门组成，比如上面提到的Toffoli门。重要的是，这些电路可以用代码描述，因此我们可以利用Claude的编码能力，像普通程序一样编写、运行和修订电路设计。其次，我们最感兴趣的优化量子算法的（相当常见）类别可以高效测试其正确性，因为每个输入给出一个明确的输出，普通计算机可以检查。这意味着我们可以有一个外部评估程序来验证Claude的提议。最后，我们可以给Claude一个明确的、客观的评分来改进：使用的量子位数乘以门的数量，这作为电路运行所需时间的代理。我们发现Claude Mythos 5能够在一个闭环中成功地工作，提出电路设计，接收评估程序的反馈和评分，并利用该反馈改进其下一个尝试，圆与圆之间没有任何人类输入(参见图1)。在八个计算原语——构成更大量子算法的基本例程——中，涵盖化学、优化、量子模拟、数论和数值计算，Claude发现了一些新设计，这些设计使用的量子位和门数都少于之前发布的最佳设计.