Um novo manãtodo de identificação de sinais de ondas gravitacionais usando computação qua¢ntica pode fornecer uma nova ferramenta valiosa para futuros astrofisicos.

Uma equipe da Escola de Fa­sica e Astronomia da Universidade de Glasgow desenvolveu um algoritmo qua¢ntico para reduzir drasticamente o tempo necessa¡rio para combinar sinais de ondas gravitacionais com um vasto banco de dados de modelos.

Esse processo, conhecido como filtragem combinada, faz parte da metodologia que sustenta algumas das descobertas de sinais de ondas gravitacionais de detectores como o Observatório Gravitacional de Interfera´metro a Laser (LIGO) na Amanãrica e Virgo na Ita¡lia.

Esses detectores, os sensores mais sensa­veis já criados, captam as fracas ondulações no Espaço-tempo causadas por eventos astrona´micos massivos, como a colisão e a fusão de buracos negros.

A filtragem combinada permite que os computadores capturem sinais de ondas gravitacionais a partir do rua­do dos dados coletados pelo detector. Ele funciona vasculhando os dados, procurando um sinal que corresponda a um dentre potencialmente centenas de trilhaµes de modelos ospedaço s de dados pré-criados que provavelmente se correlacionam com um sinal de onda gravitacional genua­no.

Embora o processo tenha permitido várias detecções de ondas gravitacionais desde que o LIGO captou seu primeiro sinal em setembro de 2015, édemorado e intensivo em recursos.

Em um novo artigo publicado na revista Physical Review Research , a equipe descreve como o processo pode ser bastante acelerado por uma técnica de computação qua¢ntica chamada algoritmo de Grover .

O algoritmo de Grover, desenvolvido pelo cientista da computação Lov Grover em 1996, aproveita as capacidades e aplicações incomuns da teoria qua¢ntica para tornar o processo de busca em bancos de dados muito mais rápido.

Enquanto os computadores qua¢nticos capazes de processar dados usando o algoritmo de Grover ainda são uma tecnologia em desenvolvimento, os computadores convencionais são capazes de modelar seu comportamento, permitindo que os pesquisadores desenvolvam técnicas que podem ser adotadas quando a tecnologia amadurecer e os computadores qua¢nticos estiverem prontamente dispona­veis.

A equipe de Glasgow éa primeira a adaptar o algoritmo de Grover para fins de busca de ondas gravitacionais. No artigo, eles demonstram como o aplicaram a pesquisas de ondas gravitacionais por meio de softwares desenvolvidos usando a linguagem de programação Python e o Qiskit, uma ferramenta para simular processos de computação qua¢ntica.

O sistema desenvolvido pela equipe écapaz de acelerar o número de operações proporcional a  raiz quadrada do número de templates. Os processadores qua¢nticos atuais são muito mais lentos na execução de operações ba¡sicas do que os computadores cla¡ssicos, mas a  medida que a tecnologia se desenvolve, espera-se que seu desempenho melhore. Essa redução no número de ca¡lculos se traduziria em uma aceleração no tempo. Na melhor das hipa³teses, isso significa que, por exemplo, se uma pesquisa usando computação cla¡ssica levar um ano, a mesma pesquisa pode levar apenas uma semana com seu algoritmo qua¢ntico.

A Dra. Scarlett Gao, da Escola de Fa­sica e Astronomia da Universidade, éuma das principais autoras do artigo. Dr. Gao disse: "A filtragem combinada éum problema que o algoritmo de Grover parece bem colocado para ajudar a resolver, e fomos capazes de desenvolver um sistema que mostra que a computação qua¢ntica pode ter aplicações valiosas na astronomia de ondas gravitacionais.

"Meu coautor e eu anãramos estudantes de doutorado quando comea§amos este trabalho, e tivemos a sorte de ter acesso ao apoio de alguns dos principais pesquisadores de computação qua¢ntica e ondas gravitacionais do Reino Unido durante o processo de desenvolvimento deste software. .

"Enquanto nos concentramos em um tipo de pesquisa neste artigo, épossí­vel que também possa ser adaptado para outros processos que, como este, não exigem que o banco de dados seja carregado na memória de acesso aleata³rio qua¢ntico ."

Fergus Hayes, Ph.D. estudante na Escola de Fa­sica e Astronomia, écoautor principal do artigo. Ele acrescentou: "Os pesquisadores aqui em Glasgow trabalham na física das ondas gravitacionais hámais de 50 anos, e o trabalho em nosso Instituto de Pesquisa Gravitacional ajudou a sustentar o desenvolvimento e a análise de dados do LIGO.

"O trabalho interdisciplinar que o Dr. Gao e eu lideramos demonstrou o potencial da computação qua¢ntica na filtragem combinada. Amedida que os computadores qua¢nticos se desenvolvem nos pra³ximos anos, épossí­vel que processos como esses possam ser usados ​​em futuros detectores de ondas gravitacionais. perspectiva empolgante, e estamos ansiosos para desenvolver esta prova de conceito inicial no futuro."

O artigo foi coescrito pela Dra. Sarah Croke, Dr. Christopher Messenger e Dr. John Veitch, todos da Escola de Fa­sica e Astronomia da Universidade de Glasgow.

O artigo da equipe, intitulado “Um algoritmo qua¢ntico para filtragem combinada de ondas gravitacionais”, foi publicado na Physical Review Research .