El nuevo algoritmo podría ser un salto cuántico en la búsqueda de ondas gravitacionales

Un nuevo método para identificar señales de ondas gravitacionales a través de la computación cuántica podría proporcionar una nueva herramienta valiosa para los futuros astrofísicos.

El equipo de la Escuela de Física y Astronomía de la Universidad de Glasgow desarrolló un algoritmo cuántico reduzca drásticamente el tiempo que lleva hacer coincidir las señales de ondas gravitacionales con una gran base de plantillas.

Este proceso, conocido como purificación adecuada, es parte de una metodología basada en algunos de los detectores de detección de señales de ondas gravitacionales, como el Laser Interferometer Gravitational Observatory (LIGO) en Estados Unidos y Virgo en Italia.

Estos detectores, los sensores más sensibles jamás creados, capturan las débiles ondas del espacio-tiempo causadas por eventos astronómicos masivos, como la colisión y fusión de agujeros.

El filtrado adecuado permite que las computadoras capten señales de ondas gravitacionales del ruido de los datos recopilados por el detector. Funciona filtrando los datos, buscando una señal que coincida con uno de los cientos de billones potenciales de muestras de datos creados previamente que probablemente se correlacionen con la señal de onda gravitacional real.

Aunque el proceso permitió la detección de múltiples ondas gravitacionales desde que LIGO recibió su primera señal en septiembre de 2015, requiere recursos que requieren mucho tiempo.

En un nuevo artículo publicado en la revista Examen de revisión físicaEl equipo describe cómo se puede acelerar mucho el proceso a cálculo cuántico una técnica llamada Grover algoritmo:.

El algoritmo Grover, desarrollado por el científico informático Low Grover en 1996, utiliza las capacidades y aplicaciones inusuales de la teoría cuántica para hacer que el proceso de búsqueda en las bases de datos sea mucho más rápido.

Si bien las computadoras cuánticas capaces de procesar datos utilizando el algoritmo de Grover aún son una tecnología en evolución, las computadoras convencionales pueden modelar su comportamiento, lo que permite a los investigadores desarrollar métodos que se pueden usar cuando la tecnología esté madura y las computadoras cuánticas estén disponibles.

El equipo de Glasgow fue el primero en adaptar el algoritmo de Grover a la búsqueda de ondas gravitacionales. En el documento, muestran cómo lo usaron para buscar ondas gravitacionales usando el lenguaje de programación Python և Qiskit, una herramienta de simulación de procesos de computación cuántica.

El sistema desarrollado por el equipo puede acelerar el número de operaciones proporcionalmente a la raíz cuadrada del número de plantillas. Los procesadores cuánticos actuales realizan operaciones básicas mucho más lentas que las computadoras convencionales, pero a medida que avanza la tecnología, se espera que su rendimiento mejore. Esta reducción en el número de cálculos se traducirá en una aceleración del tiempo. En el mejor de los casos, esto significa que, por ejemplo, si una búsqueda por cálculos clásicos toma un año, la misma búsqueda puede tomar solo una semana por su algoritmo cuántico.

La Dra. Scarlett Gao, de la Escuela Universitaria de Física y Astronomía, es una de las autoras principales. dijo el Dr. Gao. «El refinamiento apropiado es un problema que el algoritmo de Grover parece estar bien ubicado para resolver. Hemos podido desarrollar un sistema que muestra que la computación cuántica puede tener aplicaciones valiosas en la astronomía de ondas gravitacionales».

«Mi coautor y yo éramos estudiantes de posgrado cuando comenzamos este trabajo. Somos afortunados de haber contado con el apoyo de los principales investigadores de ondas gravitacionales de ondas cuánticas del Reino Unido en el desarrollo de este software. .

“Aunque en este artículo nos hemos centrado en un tipo de búsqueda, es posible que pueda adaptarse a otros procesos que, como este, no requieran una carga cuántica de la base de datos. memoria de acceso aleatorio»:

Fergus Hayes, PhD Estudiante de la Facultad de Física y Astronomía, coautor del trabajo. agregó. «Los investigadores aquí en Glasgow han estado trabajando en física de ondas gravitacionales durante más de 50 años. El trabajo en nuestro Instituto de Investigación Gravitacional ha ayudado a respaldar el desarrollo del análisis de datos LIGO.

El trabajo interdisciplinario dirigido por el Dr. Gao I demostró el potencial de la computación cuántica en el refinamiento apropiado. A medida que las computadoras cuánticas evolucionen en los próximos años, es posible que tales procesos puedan usarse en futuros detectores de ondas gravitacionales. «Una perspectiva interesante. Esperamos trabajar en esta prueba de concepto preliminar en el futuro».

El artículo fue escrito por la Dra. Sarah Crock, el Dr. Christopher Messenger y el Dr. John Weich, todos de la Escuela de Física y Astronomía de la Universidad de Glasgow.

Se publica el artículo del equipo titulado «Algoritmo cuántico para el filtrado adecuado de ondas gravitacionales». Examen de revisión física.