Claude로 더 효율적인 양자 회로 설계하기

TL;DR Highlight

평가기와 닫힌 루프를 붙였더니 Claude가 기존 최고 양자 회로를 능가했다

Who Should Read

에이전트에 자동 채점기를 붙여 반복 개선시키는 구조를 고민하는 LLM 애플리케이션 개발자

Core Mechanics

평가기 붙인 닫힌 루프가 핵심
- Claude가 Python으로 회로를 설계하면 평가기가 정답 여부와 점수를 돌려준다.
- 라운드 사이에 사람 입력 없이 이 피드백으로 다음 시도를 개선했다.
점수는 큐비트 수 × 게이트 수
- 회로가 얼마나 오래 걸리는지의 대리 지표로 썼다.
- 입력마다 출력이 하나라 일반 컴퓨터가 정답을 검증할 수 있었다.
8개 회로 모두 기존 최고 기록 갱신
- 화학·최적화·물리 시뮬레이션·정수론 등 8개 기본 루틴에서 큐비트와 게이트를 모두 줄였다.
- 일부는 한 자릿수 배(order of magnitude) 이상 개선됐다고 한다.
타원곡선 점 덧셈에 53시간 투입
- 한 문단짜리 브리프와 가끔 더 넓게 생각하라는 프롬프트만 사람이 줬다.
- 분기 기록을 저장하지 않고 숫자 쌍에서 복원하는 가역 divsteps를 처음 만들었다.
저장과 복원을 섞은 설계군
- 가장 작았던 기존 설계 대비 한 설계는 큐비트 12% 더 쓰고 게이트는 17배 적다.
- 큐비트와 시간 사이에서 선택 가능한 조합이 늘었다.

Community Reactions

양자 회로 최적화는 어셈블리 코드 골프라는 의견
- Google의 Kickmix 위에서 돌아가는 작업이고 검증 루프가 있어 LLM이 아이디어를 빠르게 시험하고 버릴 수 있다는 의견이다.
- ecdsa.fail을 같은 Kickmix 기반 회로 최적화의 다른 예로 든 댓글이 있었다.
같은 계산이 아니라는 반론
- 드문 입력용 비싼 부품을 뺀 설계라서 동일한 계산을 하는 게 아니라는 지적이 있었다.
논문 사사를 근거로 홍보 문구를 의심하는 의견
- 한 댓글이 arXiv 논문의 감사 문구와 블로그 소개문이 다르다며 의문을 제기했다.
- 블로그 전체가 환각이라는 주장은 댓글 쪽 주장이다.
분기 없는 저수준 프로그래밍이 SIMD와 닮았다는 의견
- 고성능 프로그래밍이 고전 하드웨어와 양자 하드웨어 양쪽에서 비슷한 방향으로 수렴하는 것 같다는 의견이다.

How to Apply

내 작업에 자동 채점 스크립트 만들기
- 오늘 코드 최적화나 SQL 튜닝처럼 정답 여부를 코드로 확인할 수 있는 작업 하나를 고른다.
- 정답 검사와 점수(속도·메모리)를 출력하는 스크립트를 먼저 만든다.
- 아래 프롬프트에 붙여 Claude가 점수를 보고 스스로 고치게 한다.
에이전트 루프에 점수를 되돌려주기
- 에이전트가 결과를 낸 뒤 평가기의 통과 여부와 점수를 다음 프롬프트에 넣는다.
- 사람 개입 없이 몇 라운드 돌릴지 상한을 정한다.
브리프는 짧게, 병렬 탐색을 지시하기
- 문제 정의와 채점 방식을 한 문단으로 쓴다.
- 여러 접근을 병렬로 탐색하라고 지시한다.
- 막히면 더 넓게 생각하라는 프롬프트만 추가한다.

Try It

복사해서 바로 해보기

# Claude Code 또는 Claude에 붙여넣기 (논문 방법의 간이 버전: 평가기 닫힌 루프)

당신은 {{최적화 대상 코드/함수}}를 개선하는 엔지니어입니다. 아래 평가 스크립트가 정답 여부와 점수를 출력합니다. 점수는 {{점수 정의, 예: 실행시간×메모리}}이고 낮을수록 좋습니다.

평가 스크립트: {{evaluate.py 경로 또는 내용}}

규칙: 1) 한 번에 하나의 설계를 제안하고 직접 실행해 점수를 확인하세요. 2) 정답이 틀리면 점수는 무효입니다. 3) 사람에게 묻지 말고 {{N}}라운드 반복하세요. 4) 서로 다른 접근 3가지를 병렬로 탐색하세요. 5) 단순 튜닝보다 문제의 구조적 성질을 찾아보세요.

이어서 해 볼 것: 마지막에 시도별 점수 표와 가장 좋은 설계가 왜 좋은지 설명을 요청하세요.

Terminology

Toffoli 게이트양자 회로에서 가장 비싼 연산 중 하나다. 이 개수를 세면 계산 시간을 가늠할 수 있다.

가역성(reversibility)양자 회로의 모든 단계는 되돌릴 수 있어야 한다. 임시 데이터를 그냥 지울 수 없어서 거꾸로 계산해 지워야 한다.

divsteps나머지 연산의 나눗셈인 모듈러 역원을 구하는 반복 알고리즘이다. 매 라운드 어떤 연산을 골랐는지 기록이 남는다.

Pareto frontier큐비트 수와 게이트 수처럼 두 비용 중 하나를 줄이려면 다른 하나가 늘어나는 최적 조합의 경계선이다.

DQIDecoded quantum interferometry의 약자로, 최적화 문제에서 초다항식 속도 향상을 줄 후보 양자 알고리즘이다.