拓海先生、最近社内で「モデルにもっと計算させれば正解が増える」と若手が言うのですが、実務的にどう信じればよいのか見当がつきません。要するにテスト時に長く考えさせれば賢くなるものなのでしょうか？
素晴らしい着眼点ですね！大丈夫、一緒に整理すれば必ずわかりますよ。最近の研究で示されたe3という手法は、テスト時に増やす「計算（compute）」を有効に使えるように学習する方法です。要点は三つで、非対称性、負の勾配（negative gradients）を利用した強化学習、そしてデータとトークン予算のカリキュラムです。
負の勾配とかカリキュラムという言葉は聞いたことがないのですが、実務で言えばどんな準備やコストが増えるのですか。クラウド代や導入の手間を心配しています。
いい質問です。簡単に言えば三つの投資項目があります。第一に訓練（training）段階の設計見直し、第二にテスト時のトークン（計算）を使う運用設計、第三に評価指標の見直しです。ここでのポイントは、同じ計算でただ長く走らせるのではなく、モデルに「探索（exploration）」の仕方を学ばせる点です。大丈夫、段階的に進めれば過度なコスト増にはなりませんよ。
これって要するに、テスト時にモデルが自分で試行錯誤して答えを磨けるように学習させるということでしょうか？
その通りですよ！要するにモデルに検証や修正の段階を出力させ、それが次の段階の手がかりになるように訓練するのです。三つの要点を整理すると、第一に出力の異なる段（非対称性）を利用して有益な手がかりを作り、第二に強化学習で探索行動を奨励または抑制し、第三にデータと計算予算の段階的増加で学習を安定化させます。
実際の効果はどの程度でしょう。若手は「過去のモデルより良くなった」と言いますが、どれくらい確度が上がるのか数字で示してほしいです。
本研究では、Qwen3-1.7Bという1.7Bパラメータ級モデルに対してe3を適用し、AIMEやHMMT’25といった数学問題ベンチマークで顕著な改善を示しています。特にテスト時により多くのトークンを許した「外挿（extrapolation）領域」での改善が目立ち、pass@k指標でもkを大きくして評価した際に良化したのです。数値の詳細は論文にありますが、同クラスの既存モデルを上回る結果です。
なるほど。では導入する上での懸念点、例えば現場オペレーションや過度な探索による誤答の増加といったリスクはどう見るべきでしょうか。
ご心配はもっともです。e3は単に探索を増やすだけでなく、訓練段階で望ましくない過度探索を抑えるための報酬設計も含みます。実務ではまず小さい範囲で検証し、操作可能な予算上限を設けてエラー率と改善度合いを比較することが現実的です。大丈夫、段階投資でROIを確認しながら進められますよ。
ありがとうございます。要するに、学習段階で探索の仕方を教えることで、テスト時に追加で計算をかけた際にそれを有効に使って答えを磨けるようになる、という理解で良いですか。では私の言葉で説明します。
素晴らしいです！その確認は非常に本質を突いていますよ。必要ならば、会議で使える短いフレーズも用意します。一緒に進めましょうね。
では私の言葉で整理します。訓練で探索の仕方を学ばせると、テスト時に余分に計算をかけた分が実際の精度向上につながる、これがe3の肝という理解で間違いありません。ありがとうございました。
1.概要と位置づけ
結論を先に述べる。本研究の最も重要な貢献は、言語モデル（LLM: Large Language Model、大規模言語モデル）がテスト時に追加の計算資源（test-time compute）を与えられた際に、それを有効に使って性能を外挿的に改善する能力を学習させるための具体的な訓練レシピe3を提示した点である。従来は単に大きな計算を投入すれば精度が上がると漠然と期待されてきたが、e3はその期待を実際の訓練設計に落とし込み、同クラスの他モデルを上回る結果を示した。
なぜ重要かは二段階で説明できる。第一に基礎的意義として、モデルが「自分で段階的に検証・修正する探索」を身につけられることが示された点が挙げられる。第二に応用的意義として、現場での運用においては限られた追加コストで正解率を上げられる余地が生まれるため、投資対効果の観点で実用性が高い。
本手法は、従来の単純な推論時間延長や蒸留（distillation）による性能改善とは性質が異なる。蒸留は既存の推論方針を短縮または移植する手法だが、e3はテスト時の長い推論過程を有効活用するために訓練時から探索行動を育てる点で差異が明確である。そのため、外挿的な計算予算で効果を発揮しやすい。
実務への示唆として、まずは小規模なパイロットで探索行動を誘発するような訓練と評価の組み合わせを試し、テスト時の予算を段階的に増やしながらROIを確認する運用設計が現実的である。本研究はそのための設計原理を示しているので、実装方針の指針になる。
結びとして、e3は「賢く長く考えさせる」ための学習設計を提供する。技術的には複数の構成要素が絡むが、本質は訓練で『探索を有益にする技術』を学ばせる点にある。
2.先行研究との差別化ポイント
先行研究は主に二つの方向で試行されてきた。ひとつは推論時に長い推論連鎖（Chain-of-Thought）を単純に許容して性能向上を狙う方法であり、もうひとつは蒸留や大規模事前学習で一時的に性能を引き上げる方法である。これらは有効な場合があるが、いずれも訓練段階でテスト時の長時間探索に対する適応を直接促すことは少なかった。
e3の差別化点は三点ある。第一に非対称性（asymmetries）を活用する点である。具体的には出力列の各段階が次段階の改善に寄与するような能力の差を利用することで、検証→修正の循環を生み出す。第二に強化学習（Reinforcement Learning、RL）の報酬設計で負の勾配を意図的に用いて探索の度合いを制御する点である。第三にデータ量とトークン予算を連動させたカリキュラムを導入し、段階的に探索行動を育てる点である。
これにより、単に大きな試行回数や長い推論を許すだけの手法と異なり、与えられた追加計算を無駄にすることなく性能向上につなげられる。言い換えれば、単なる「時間をかける」ことと「有意義に時間をかける」ことの差を埋める点が本研究の独自性である。
もう一点、実験面でも差別化がある。研究では1.7B級のオープンソースモデルに対してe3を適用し、中規模モデルの枠組みでAIMEやHMMTといった数学問題ベンチマークでの外挿領域において既存モデルを上回ることを示した。つまり、巨大モデル依存ではない実用的な改善が示された点が重要である。
3.中核となる技術的要素
e3の中核は三つの原理に集約される。第一は非対称性（asymmetries）であり、出力の各セグメントが後続セグメントを導くような有益性を持つことが探索を成立させる。これは例えるなら、現場での段階的検査と修正の仕組みをモデルの出力にもたせることに相当する。第二は強化学習の利用であるが、ここでは負の勾配を設計的に使って過度な探索を抑えつつ望ましい探索を促す。
第三はカリキュラム（curriculum）である。具体的にはデータの難易度（data curriculum）とトークン予算（budget curriculum）を結びつけ、各段階で最小限の訓練予算を設定して徐々に予算を増やしながら、チェーン化された非対称性が報われるようにすることが提案されている。これにより短期的には過探索、長期的には探索不足といった問題を回避する。
設計上の注意点としては、RLの初期化時にチェーンによる報酬が正に働くようにする点である。初期に探索が過剰だと簡単な問題での過学習を招き、逆に初期に探索が抑制されすぎると難問での有効な探索が起きない。e3はこれらを両立させるための具体的なルールを示している。
結果として、モデルはテスト時に与えられた追加の計算トークンを自己検証と再生成に使い、最終的な解答の精度を高める動作を自発的に行えるようになる。これは単なる推論時間延長とは質的に異なる。
4.有効性の検証方法と成果
検証は主に数学系ベンチマークを用いて行われた。研究ではQwen3-1.7Bを用い、AIMEおよびHMMT’25の問題セットで訓練後にテスト時の計算予算を段階的に増やして評価した結果を示している。特に注目すべきは外挿領域、つまり訓練時よりも長いテスト時予算での性能向上が明確であり、同サイズ帯の既存モデルより優れた結果が出た点である。
またpass@k評価（複数候補のうち正解が含まれる確率を測る指標）においても、kを大きく取る領域で改善が見られた。これはモデルが生成候補の多様性と検証を活用してより高い成功率を達成していることを示唆する。さらに、訓練過程での報酬設計やカリキュラムが、学習の安定性に寄与することも示された。
定量的な改善幅は論文中に示されるが、実務上重要なのは小〜中規模モデルでも外挿性が得られる点である。これにより大規模モデルに頼らずに、既存のモデル群の運用改善で実効的な成果を狙える。
評価手法自体も実務的に応用しやすい設計であり、まずは限定されたタスクでテスト予算を段階的に変えながらROIを確認するという運用プロトコルが現実的である。研究はそのための指針を具体化した。
5.研究を巡る議論と課題
本研究は有望である一方で複数の課題と議論点が残る。第一に汎化性の問題であり、数学問題のような明確な評価基準を持つタスクでの成功が、実務的な曖昧なタスクにそのまま移行するかは慎重な検証が必要である。第二に訓練コストの配分である。e3は訓練設計を工夫することでテスト時の効率化を図るが、そのための追加訓練負荷や実装コストは無視できない。
第三に安全性や誤答の取り扱いである。探索を促すとき、モデルが自信のない修正や冗長な工程を繰り返すリスクがあるため、実務では検出と退避の仕組みを組み込む必要がある。これにはヒューマンインザループの評価や閾値管理が必要である。
さらに、カリキュラムの設計はタスク依存性が強く、汎用的なルールを自動で決めることは難しい。現場ではドメイン知識を活かしたカスタム設計が求められるため、ブラックボックス的な適用は避けるべきである。
最後にレプリケーション可能性の問題がある。研究結果を再現するには訓練の詳細やランダム性管理が重要であり、実務での導入前に社内での再現実験を行うことが推奨される。これらをクリアすることで実務価値が明確になる。
6.今後の調査・学習の方向性
今後の研究と実務検証の方向性は四点に集約される。第一にタスク横断的な検証であり、数学以外の創造的タスクや業務文書生成などでe3が有効かを確認することが重要である。第二にコスト最適化であり、訓練と運用の総合コストを見積もる手法の整備が求められる。第三に安全性評価であり、探索が誤った自信を生まずに性能を改善するためのガードレールを整備することが必要である。
第四に自動化されたカリキュラム設計である。現状は手設計が中心だが、データ駆動で最適なデータ難易度とトークン予算の組み合わせを探索する仕組みがあれば導入コストは下がる。これらの研究が進めば、e3的な設計は実務での標準手法の一つになり得る。
なお、実務者がすぐ取り組める学習方針としては、まず小さいタスクで段階的なトークン予算を試し、探索行動の有無とROIを観察することである。これにより導入リスクを抑えつつ効果を見極められる。
検索に使える英語キーワード：”e3 learning to explore”, “test-time compute extrapolation”, “in-context exploration”, “budget curriculum for LLMs”, “asymmetries in LLM outputs”
会議で使えるフレーズ集（自分の言葉で説明するために）
「e3は訓練段階で『どうやって試行錯誤するか』を学ばせることで、テスト時に余分に計算をかけた分を有効活用して精度を上げる手法です。」
「まずは限定タスクでトークン予算を段階的に増やして効果とコストを測るパイロットを提案します。」
「導入前に再現実験を行い、過度探索の抑制や安全策を組み込んだ運用ルールを設計しましょう。」
Setlur, A., et al., “e3: Learning to Explore Enables Extrapolation of Test-Time Compute for LLMs,” arXiv preprint arXiv:2506.09026v2, 2025.
