AI三天证明18年量子猜想:未公开模型立功

导语

11月6日,美国初创公司物理超智能(Physical Superintelligence,简称PSI)宣布,其内部研究系统运行一款尚未公开的Anthropic模型,仅用三天就找到了Aaronson-Ambainis猜想的完整证明。这个自2008年提出、困扰学界18年的量子计算难题,由此可能迎来答案。PSI已将约60页的论文与Lean形式化证明一并公开在GitHub上,Lean证明助手逐项核验全部通过。

三天里发生了什么

按PSI的说法,研究系统在自家基础设施上运行,多个未公开Anthropic模型实例分工协作:检索已有思路、提出新想法、组合并检验这些想法、监督彼此之间的工作。运行到第三天,系统拿出了完整证明,Lean当即接受。随后,PSI又让系统去攻关几个相关问题,结果两次改进了证明,最终版本的指数从最初的22一路降到11、再降到7,每一版都经过Lean重新检验。

公开的形式化证明规模不小:84个Lean文件、761条声明、648个机器检验定理,没有留作占位符的步骤,也没有引入额外公理。PSI还用Lean内核与独立类型检查器lean4lean双重回放了全部声明,并在沙箱中用结合nanoda内核与Lean内核的比较器验证了最终的四条定理。论文的唯一作者是PSI技术人员戴维·图图雷安(David Turturean),他搭建并运行了这套研究系统、选定了问题、审读了草稿,并对论文的正确性负责。

证明思路建立在沙哈尔·洛维特(Shachar Lovett)与张嘉鹏(Jiapeng Zhang)提出的框架之上,核心工具是分数证书与水平集方法。原框架留有一个未被证明的不等式,AI系统的关键贡献是用一个基于行列式双射的新全对不等式替代了它,从而打通了整条证明链。

这个猜想到底在问什么

Aaronson-Ambainis猜想由得克萨斯大学奥斯汀分校的斯科特·阿伦森(Scott Aaronson)与拉脱维亚大学的安德里斯·安拜尼斯(Andris Ambainis)于2008年提出,核心问题是:量子计算机在什么条件下才能比经典计算机快出指数级?

猜想断言,每个有界低次多项式都存在一个高影响力变量。通俗地说,对于无结构输入上的判定问题,经典算法所需的查询次数只会随精度要求多项式增长,而非指数增长。换言之,在无结构数据上,量子计算的指数级加速是不存在的。但这并不排除另一面:对于具有合适结构的问题,指数级量子优势依然可能成立。

今年8月,斯坦福大学的盖伊·布兰克(Guy Blanc)、乔丹·多克特(Jordan Docter)、卡门·斯特拉斯勒(Carmen Strassle)与李阳·谭(Li-Yang Tan)已经证明了该猜想的一个特殊情形——固定并行轮数电路的情形,相关预印本将发表于FOCS 2026。据报道,这个斯坦福团队正在审读PSI的完整证明,并为专家撰写更简短的解读版本。

AI攻克数学难题的节奏正在加快

这不是孤立事件。就在十多天前的10月26日,OpenAI宣布其模型证明了计算复杂性理论中的重要假设“指数时间假设”不成立。两起事件相隔不到两周,指向同一种趋势:大模型正在从“辅助数学家”走向“独立发现证明”。

PSI本身是一家位于马萨诸塞州剑桥市的公益公司,自称“AI驱动的物理实验室”。值得注意的是分工:模型是Anthropic的、尚未公开,编排模型的研究系统是PSI自己的。也就是说,这次突破既不是某个公开模型的单打独斗,也不是传统意义上的人类数学家手工证明,而是一套人机协作的研究流程的产物。

对Anthropic而言,这也是一次意外的能力展示——一款尚未发布的模型参与攻克了悬置18年的难题,业界自然会好奇它的真实身份与能力边界。不过PSI没有透露模型名称,外界也无法直接使用它。

先别急着下结论:证明可验证,方法不可复现

尽管Lean已经为证明背书,仍有几个关键保留需要说清。第一,论文是预印本,尚未经过同行评审,学界的独立评估截至11月7日还没有发表。第二,人类可读的60页论文本身未经机器检验,Lean保证的是形式化代码中的定理为真,仍需数学家人工确认形式化表述与阿伦森、安拜尼斯的原始猜想完全对应。第三,猜想的提出者阿伦森本人截至11月7日尚未就此公开表态。

更深层的张力在于可复现性:证明本身是公开的,任何人都能用Lean重新检验;但找到证明的方法——未公开的模型加PSI内部系统——无人能够重复。这句总结很贴切:证明可以验证,发现过程无法复现。

如果斯坦福团队的审读与后续同行评审确认无误,这将成为AI数学研究的一个里程碑:机器不仅能验证证明,还能发现人类18年未能找到的证明。形式化证明工具与大模型的结合,可能正在成为数学研究的新范式——下一步,就看学界的审读结果能否让这个猜想正式从开放问题名单上划掉。

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