大模型优化量子电路:评估器设计六步法

让模型自主跑 53 小时优化量子电路,把 Toffoli 门数从 510 万压到 44 万——这件事最有价值的部分不是结果本身,而是支撑它的那个循环结构:廉价可信的评估器 + 程序级候选 + 长时间闭环。这套组合可迁移到编译器、查询计划、代价模型等一票工程问题。

成绩单与含金量

八项量子基准的 TQ-cost(Toffoli 门数 × 峰值量子比特数)改善从 4.1 倍到 9100 倍不等。两个案例最能说明"模型做了什么":DQI 解码器把扩展欧几里得换成 Berlekamp–Massey 递推,再利用多项式等价自由度让被丢弃的值可反推,历史栈从 840 量子比特压到预留 19;模逆电路则发现"分支信息可以从迭代后的数字里解码出来",不必存储——数字本身就是记录。

要说清的是:这类改动是跨算法家族的替换,传统编译器的局部门重写做不出来;它慢得多(53 小时)且不保证收敛,换来的是算法层面的创新空间。与 AlphaEvolve 谱系的差异在于候选是一整个 Python 程序而非片段——能在算法层动手,代价是评估器必须理解程序规格。

自己搭循环的六步

第一步,选对问题。 标准不是"重要",而是"能不能写一个几百毫秒内判定对错的程序"。写不出来,循环转不起来。

第二步,评估器拆成硬门 + 梯度。 有效性是布尔门,分数是连续量,且无效候选必须得 0 分——否则循环会学到"把电路删空"是全局最优,这是最经典的 reward hacking 路径。

from qiskit.quantum_info import Operator

def evaluate(qc):
    if not Operator(qc).equiv(REF):      # 硬门:么正等价
        return False, 0
    cost = compute_tq_cost(qc)           # 梯度:T×Q 加权
    return True, cost

第三步,给规格不给答案。 讲清数学规则、讲清评估器怎么打分、明确要求并行探索多个方向——缺最后这条,模型默认收敛到熟悉方法。

第四步,提议 N 个全打分,别取第一个通过的。 best-of-N 取第一个通过者只优化"正确";优化问题没有停止点,取第一个等于把搜索扔掉。

第五步,长跑的前提是每轮有确定性分数。 53 小时无人在环靠的不是模型耐力,是评估器可信度——评估器有假阳性,跑得越久偏得越远。

第六步,留验证升级出口。 数值模拟只给统计信心,涉及数学恒等式的主张送进 Lean 这类证明助手。

增量提醒(迁移时的两个坑):一是评估器自身的回归测试——评估器代码改动后,必须用历史已知好坏候选集重跑一遍,判定标准是历史分数全量复现,否则整个进化谱系不可比;二是成本函数别只优化单一指标,T 和 Q 要么加权要么按 Pareto 前沿记录,单指标会催生"用量子比特换门数"到失控的组合。

该保留的疑点

所有数字出自作者自述,无独立复现;八项对比里有几项并非严格同题(失败保证语义不同);TQ-cost 是资源计数,不是真机加速比。还有一条结构性观察:自治时长的上限由评估器可信度决定,不由模型上下文长度决定——想搞长时自主 Agent,先投资检查器。

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