kullanarak yerçekimi dalga sinyallerini tanımlamanın yeni bir yöntemi kuantum hesaplama geleceğin astrofizikçileri için değerli yeni bir araç sağlayabilir.
dan bir takım Glasgow ÜniversitesiFizik ve Astronomi Okulu, yerçekimi dalga sinyallerini geniş bir şablon veri bankasıyla eşleştirmek için gereken süreyi büyük ölçüde azaltmak için bir kuantum algoritması geliştirdi.
Eşleştirilmiş filtreleme olarak bilinen bu süreç, Lazer İnterferometre Yerçekimi Gözlemevi gibi dedektörlerden elde edilen bazı yerçekimi dalgası sinyali keşiflerini destekleyen metodolojinin bir parçasıdır.LİGO) Amerika’da ve Başak İtalya’da.
Şimdiye kadar yaratılmış en hassas sensörler olan bu dedektörler, karadeliklerin çarpışması ve birleşmesi gibi devasa astronomik olayların neden olduğu uzay-zamandaki zayıf dalgalanmaları yakalar.
Eşleştirilmiş filtreleme, bilgisayarların dedektör tarafından toplanan verilerin gürültüsünden yerçekimi dalgası sinyallerini seçmesini sağlar. Verileri eleyerek, potansiyel olarak yüz trilyonlarca şablondan biriyle eşleşen bir sinyal arayarak çalışır – gerçek bir yerçekimi dalgası sinyali ile ilişkili olması muhtemel önceden oluşturulmuş veri parçaları.
LIGO’nun Eylül 2015’te ilk sinyalini almasından bu yana süreç çok sayıda yerçekimi dalgası algılamasını mümkün kılmış olsa da, zaman alıcı ve kaynak yoğundur.
Dergide yayınlanan yeni bir makalede Fiziksel İnceleme Araştırmasıekip, Grover’ın algoritması adı verilen bir kuantum hesaplama tekniği ile sürecin nasıl büyük ölçüde hızlandırılabileceğini anlatıyor.
1996 yılında bilgisayar bilimcisi Lov Grover tarafından geliştirilen Grover’ın algoritması, veritabanlarında arama sürecini çok daha hızlı hale getirmek için kuantum teorisinin olağandışı yeteneklerinden ve uygulamalarından yararlanır.
Grover’ın algoritmasını kullanarak veri işleyebilen kuantum bilgisayarlar hala gelişmekte olan bir teknoloji olsa da, geleneksel bilgisayarlar davranışlarını modelleyebilir ve araştırmacıların teknoloji olgunlaştığında ve kuantum bilgisayarları hazır olduğunda benimsenebilecek teknikler geliştirmelerine olanak tanır.
Glasgow ekibi, Grover’ın algoritmasını yerçekimi dalgası arama amaçları için uyarlayan ilk kişidir. Makalede, Python programlama dilini ve kuantum hesaplama süreçlerini simüle etmek için bir araç olan Qiskit’i kullanarak geliştirdikleri yazılım aracılığıyla bunu yerçekimi dalgası aramalarına nasıl uyguladıklarını gösteriyorlar.
Ekibin geliştirdiği sistem, şablon sayısının kareköküyle orantılı olarak işlem sayısında hızlanma yapabiliyor. Mevcut kuantum işlemcileri, temel işlemleri gerçekleştirmede klasik bilgisayarlardan çok daha yavaştır, ancak teknoloji geliştikçe performanslarının da artması beklenmektedir. Hesaplama sayısındaki bu azalma, zaman içinde bir hızlanmaya dönüşecektir. En iyi durumda bu, örneğin, klasik hesaplama kullanan bir aramanın bir yıl sürmesi durumunda, aynı aramanın kuantum algoritmalarıyla bir hafta kadar kısa sürebileceği anlamına gelir.
Üniversitenin Fizik ve Astronomi Okulu’ndan Dr. Scarlett Gao, makalenin baş yazarlarından biridir. Dr. Gao şunları söyledi: “Eşleşen filtreleme, Grover’ın algoritmasının çözülmesine yardımcı olmak için iyi yerleştirilmiş gibi göründüğü bir sorun ve kuantum hesaplamanın yerçekimi dalgası astronomisinde değerli uygulamalara sahip olabileceğini gösteren bir sistem geliştirebildik.
“Ortak yazarım ve ben bu çalışmaya başladığımızda doktora öğrencisiydik ve bu yazılımı geliştirme sürecinde İngiltere’nin önde gelen kuantum hesaplama ve yerçekimi dalgası araştırmacılarından bazılarının desteğine erişebildiğimiz için şanslıyız.
“Bu yazıda bir tür arama üzerinde yoğunlaşmış olsak da, bunun gibi, veritabanının kuantum rasgele erişim belleğine yüklenmesini gerektirmeyen diğer işlemler için de uyarlanması mümkündür.”
Fizik ve Astronomi Okulu’nda doktora öğrencisi olan Fergus Hayes, makalenin ortak yazarıdır. Şunları ekledi: “Glasgow’daki araştırmacılar 50 yılı aşkın bir süredir yerçekimi dalgası fiziği üzerinde çalışıyorlar ve Yerçekimi Araştırmaları Enstitümüzdeki çalışmalar LIGO’nun geliştirme ve veri analizi yönlerinin desteklenmesine yardımcı oldu.
“Dr. Gao ve benim yürüttüğümüz disiplinler arası çalışma, eşleşen filtrelemede kuantum hesaplamanın potansiyelini gösterdi. Kuantum bilgisayarlar önümüzdeki yıllarda geliştikçe, bunun gibi süreçlerin gelecekteki yerçekimi dalgası dedektörlerinde kullanılması mümkündür. Bu heyecan verici bir olasılık ve gelecekte bu ilk kavram kanıtını geliştirmeyi dört gözle bekliyoruz.”
Referans: Sijia Gao, Fergus Hayes, Sarah Croke, Chris Messenger ve John Veitch tarafından yazılan “yerçekimi dalgası uyumlu filtreleme için bir kuantum algoritması”, Fiziksel İnceleme Araştırması.
arXiv:2109.01535
Makale, tümü Glasgow Üniversitesi Fizik ve Astronomi Okulu’ndan Dr. Sarah Croke, Dr. Christopher Messenger ve Dr. John Veitch tarafından ortaklaşa yazılmıştır.
Takımın ‘yerçekimi dalgası uyumlu filtreleme için bir kuantum algoritması’ başlıklı makalesi yayınlandı. Fiziksel İnceleme Araştırması. Araştırma, Bilim ve Teknoloji Tesisleri Konseyi (STFC) ve Leverhulme Trust tarafından finanse edilerek desteklendi.