Claude가 양자회로 8종 재설계, 핵심 단계 비용 12분의 1로

앤트로픽이 10월 16일 Claude로 양자회로 설계를 개선한 연구를 공개했다. 앤트로픽에 따르면 Claude Mythos 5는 화학, 최적화, 물리 시뮬레이션에 쓰이는 기본 계산 회로 8종을 새로 설계했다. 8종 모두 지금까지 발표된 가장 효율적인 설계보다 큐비트 수와 연산 횟수를 함께 줄였다. 큐비트는 양자컴퓨터가 정보를 담는 기본 단위다.

양자컴퓨터, 왜 자원을 아껴야 하나

지금의 양자컴퓨터는 쓸 수 있는 자원이 빠듯하다. 앤트로픽은 현재 만들어진 양자컴퓨터의 큐비트가 수백에서 수천 개 수준이라고 설명했다. 실용적인 이점을 기대하는 여러 알고리즘을 돌리기에는 모자란 규모다. 열이나 진동 같은 외부 영향으로 계산 오류가 쌓이는 문제도 있다. 같은 일을 더 적은 자원으로 끝내는 회로 설계가 중요한 이유다.

회로를 다시 짜서 계산량이 크게 줄어든 선례도 있다. 박테리아의 암모니아 생성에 관여하는 물질인 FeMoco를 계산할 때 필요한 특정 연산은 2017년 약 50조 회로 추산됐다. 이후 알고리즘이 개선되면서 추정치는 약 3억4000만 회까지 내려갔다. 앤트로픽은 이 변화를 하드웨어 성능 향상이 아니라 계산 회로 재설계가 이끌었다고 소개했다.

Claude는 어떻게 설계했나

연구진은 Claude에게 회로가 계산해야 할 내용을 일상 언어로 설명했다. 여기에 답이 맞는지와 자원을 얼마나 썼는지를 검사하는 자동 채점 프로그램을 붙였다. Claude는 회로를 코드로 짠 뒤 채점 결과를 받아 다시 고쳤다. 앤트로픽은 이 반복 과정의 각 단계 사이에 사람이 끼어들지 않았다고 밝혔다. 점수는 큐비트 수에 연산 횟수를 곱해 매겼다.

이미지: anthropic.com

앤트로픽은 기존 설계를 조금씩 다듬는 수준에 그치지 않았다고 강조했다. 철과 황으로 이뤄진 분자를 모사하는 회로에서는 되풀이되는 구조를 찾아, 한 번 계산한 결과를 다시 쓰게 했다. 다른 회로에서는 아주 드물게 들어오는 입력을 처리하느라 비용이 커지는 부분을 찾아 설계를 바꿨다. 양자 최적화 알고리즘 하나에서는 비용이 가장 큰 단계의 계산 비용을 약 12분의 1로 낮췄다고 밝혔다.

사람은 얼마나 개입했나

수학적 곡선 위의 두 점을 결합하는 계산에서는 탐색이 53시간 동안 이어졌다. 이 계산은 더 큰 양자 알고리즘에서 여러 번 반복돼 전체 자원 사용량을 크게 좌우한다. 연구진은 처음에 한 문단 분량으로 과제를 제시했다. 이후에는 가끔 더 넓은 접근법을 생각해 보라고 요청하는 정도였다. 앤트로픽은 이렇게 사람의 손길을 최소한으로 줄인 상태에서 Claude가 새로운 방식을 찾아냈다고 설명했다.

이미지: anthropic.com

탐색 중에는 작은 시험을 통과한 아이디어가 더 큰 문제에서 실패하기도 했다. Claude는 계산을 되돌릴 때 쓰는 기록을 따로 저장하지 않고, 계산 결과에서 거꾸로 복원하는 방식을 시도했다. 그러나 초기에 만든 복원 규칙은 256비트 숫자로 시험하자 작동하지 않았다. 설계안을 실제 문제 크기로 다시 검사하는 절차도 연구 과정에 들어갔다.

이번 연구는 신약, 배터리, 비료 관련 계산에 필요한 양자컴퓨터 자원을 줄이려는 시도다. 앤트로픽은 AI의 회로 재설계가 이런 응용의 실용화 시점을 앞당길 수 있다고 전망했다. 남은 과제는 기본 회로에서 줄인 자원이 전체 알고리즘과 실제 장비에서 어느 정도 효과로 이어지느냐다.