Algoritma baharu boleh menjadi lompatan kuantum dalam mencari gelombang graviti

Kredit: CC0 Public Domain

Kaedah baharu untuk mengenal pasti isyarat gelombang graviti menggunakan pengkomputeran kuantum boleh menyediakan alat baharu yang berharga untuk ahli astrofizik masa depan.

Pasukan dari Sekolah Fizik & Astronomi Universiti Glasgow telah membangunkan a algoritma kuantum untuk mengurangkan secara drastik masa yang diperlukan untuk memadankan isyarat gelombang graviti terhadap templat bank data yang luas.

Proses ini, yang dikenali sebagai penapisan dipadankan, adalah sebahagian daripada metodologi yang menyokong beberapa penemuan isyarat gelombang graviti daripada pengesan seperti Balai Cerap Gravitasional Interferometer Laser (LIGO) di Amerika dan Virgo di Itali.

Pengesan tersebut, penderia paling sensitif yang pernah dicipta, menangkap riak samar dalam ruang masa yang disebabkan oleh peristiwa astronomi besar seperti perlanggaran dan penggabungan lubang hitam.

Penapisan dipadankan membolehkan komputer memilih isyarat gelombang graviti daripada bunyi bising data yang dikumpul oleh pengesan. Ia berfungsi dengan menyaring data, mencari isyarat yang sepadan dengan satu daripada ratusan trilion templat yang berpotensi—cebisan data pra-dicipta yang berkemungkinan berkait dengan isyarat gelombang graviti tulen.

Walaupun proses itu telah membolehkan banyak pengesanan gelombang graviti sejak LIGO mengambil isyarat pertamanya pada September 2015, ia memakan masa dan intensif sumber.

Dalam kertas baru yang diterbitkan dalam jurnal Kajian Kajian Fizikalpasukan menerangkan bagaimana proses itu boleh dipercepatkan dengan banyaknya dengan a pengkomputeran kuantum teknik yang dipanggil Grover’s algoritma.

Algoritma Grover, yang dibangunkan oleh saintis komputer Lov Grover pada tahun 1996, memanfaatkan keupayaan luar biasa dan aplikasi teori kuantum untuk menjadikan proses mencari melalui pangkalan data lebih cepat.

Walaupun komputer kuantum yang mampu memproses data menggunakan algoritma Grover masih merupakan teknologi yang sedang berkembang, komputer konvensional mampu memodelkan tingkah laku mereka, membolehkan penyelidik membangunkan teknik yang boleh diguna pakai apabila teknologi telah matang dan komputer kuantum sedia ada.

Pasukan Glasgow adalah yang pertama menyesuaikan algoritma Grover untuk tujuan pencarian gelombang graviti. Dalam kertas itu, mereka menunjukkan cara mereka menggunakannya untuk carian gelombang graviti melalui perisian yang mereka bangunkan menggunakan bahasa pengaturcaraan Python dan Qiskit, alat untuk mensimulasikan proses pengkomputeran kuantum.

Sistem yang dibangunkan oleh pasukan itu mampu mempercepatkan bilangan operasi yang berkadar dengan punca kuasa dua bilangan templat. Pemproses kuantum semasa jauh lebih perlahan dalam melaksanakan operasi asas berbanding komputer klasik, tetapi apabila teknologi berkembang, prestasi mereka dijangka bertambah baik. Pengurangan dalam bilangan pengiraan ini akan diterjemahkan kepada mempercepatkan masa. Dalam kes terbaik, ini bermakna, sebagai contoh, jika carian menggunakan pengkomputeran klasik akan mengambil masa setahun, carian yang sama boleh mengambil masa sekurang-kurangnya seminggu dengan algoritma kuantum mereka.

Dr. Scarlett Gao, dari Sekolah Fizik & Astronomi Universiti, ialah salah seorang pengarang utama kertas kerja itu. Dr. Gao berkata: “Penapisan dipadankan ialah masalah yang algoritma Grover nampaknya sesuai untuk membantu menyelesaikannya, dan kami telah dapat membangunkan sistem yang menunjukkan bahawa pengkomputeran kuantum boleh mempunyai aplikasi berharga dalam astronomi gelombang graviti.

“Saya dan pengarang bersama saya adalah pelajar Ph.D. semasa kami memulakan kerja ini, dan kami bertuah kerana mendapat akses kepada sokongan beberapa penyelidik pengkomputeran kuantum dan gelombang graviti terkemuka di UK semasa proses membangunkan perisian ini. .

“Walaupun kami telah menumpukan pada satu jenis carian dalam kertas ini, ada kemungkinan ia juga boleh disesuaikan untuk proses lain yang, seperti ini, tidak memerlukan pangkalan data untuk dimuatkan ke dalam kuantum. memori capaian rawak.”

Fergus Hayes, seorang Ph.D. pelajar di Pusat Pengajian Fizik & Astronomi, ialah pengarang utama bersama kertas kerja itu. Beliau menambah: “Penyelidik di sini di Glasgow telah mengusahakan fizik gelombang graviti selama lebih daripada 50 tahun, dan bekerja di Institut Penyelidikan Graviti kami membantu menyokong bahagian pembangunan dan analisis data LIGO.

“Kerja merentas disiplin yang saya dan Dr. Gao pimpin telah menunjukkan potensi pengkomputeran kuantum dalam penapisan sepadan. Apabila komputer kuantum berkembang pada tahun-tahun akan datang, ada kemungkinan proses seperti ini boleh digunakan dalam pengesan gelombang graviti masa hadapan. Ia adalah prospek yang menarik, dan kami tidak sabar untuk membangunkan bukti konsep awal ini pada masa hadapan.”

Kertas kerja itu ditulis bersama oleh Dr. Sarah Croke, Dr. Christopher Messenger dan Dr. John Veitch, semuanya dari Sekolah Fizik & Astronomi Universiti Glasgow.

Kertas kerja pasukan itu, bertajuk “Algoritma kuantum untuk penapisan dipadankan gelombang graviti,” diterbitkan dalam Kajian Kajian Fizikal.


Eksperimen cermin gelombang graviti boleh berubah menjadi entiti kuantum


Maklumat lanjut:
Algoritma kuantum untuk penapisan dipadankan gelombang graviti, arXiv:2109.01535 [quant-ph] arxiv.org/abs/2109.01535

Disediakan oleh
Universiti Glasgow


Petikan: Algoritma baharu boleh menjadi lompatan kuantum dalam mencari gelombang graviti (2022, 1 April) yang diperoleh pada 2 April 2022 daripada

Dokumen ini tertakluk kepada hak cipta. Selain daripada sebarang urusan adil untuk tujuan kajian atau penyelidikan persendirian, tiada bahagian boleh diterbitkan semula tanpa kebenaran bertulis. Kandungan disediakan untuk tujuan maklumat sahaja.

We wish to say thanks to the author of this short article for this awesome web content

Algoritma baharu boleh menjadi lompatan kuantum dalam mencari gelombang graviti


We have our social media profiles here as well as other pages related to them here.https://paw6.info/related-pages/