Sciencemag.cz
Doporučujeme
Gravitační vlny se dnes hledají porovnáváním naměřeného signálu s rozsáhlou databází šablon/vzorů (matched filtering).
Filtrace umožňuje počítačům vybírat signály gravitačních vln ze šumu dat shromážděných detektorem. Tento postup používá např. Laser Interferometer Gravitational Observatory (LIGO) a od prvního zachycení gravitačních vln v roce 2015 vedl k mnoha úspěchům. Algoritmus je ovšem časově/výpočetně velmi náročný, protože používaných šablon jsou stovky bilionů (trillions). Přitom jde vlastně o prohledávání neseřazené databáze, tj. jeden z případů, pro který máme k dispozici efektivní kvantový algoritmus. Tzv. Groverův algoritmus byl objeven (nebo spíše asi vymyšlen) v roce 1996, jde tedy o jeden z vůbec nejstarších algoritmů pro kvantové počítače. Zrychluje, zhruba řečeno, oproti známým klasickým algoritmům rychlost prohledávání faktorem odmocniny ve vstupu (poznámka PH: tedy je vidět, že s ohledem na algoritmy se vůbec nedá říct, že by kvantové počítače byly exponenciálně rychlejší než klasické jen proto, že se qubity mohou „nacházet v takovém množství stavů současně“).
Tým z University of Glasgow nyní přizpůsobil Groverův algoritmus právě pro hledání gravitačních vln. Vstup zde odpovídá počtu šablon. Třeba ovšem dodat, že vše bylo otestováno na simulátoru kvantového počítače na počítači klasickém, protože současné kvantové počítače efektivní realizaci Groverova algoritmu neumožňují (PH: to zase ukazuje, že dnes nasazené systémy jsou nejspíš jednoúčelové stroje určené pro kvantové žíhání; samozřejmě těžko říct s jistotou, některé projekty budou utajené). S reálným nasazením se podle studie publikované ve Physical Review Research počítá až v okamžiku, kdy technologie dostatečně dozraje. Řádově lze očekávat, že co by se na stávajících systémech používaných astrofyziky řešilo rok, by kvantový počítač mohl zvládnout třeba za týden.
Vlastní program byl napsán v Pythonu a s pomocí technologie pro simulaci kvantového počítání Qiskit. „Zaměřili jsme se na jeden konkrétní typ vyhledávání, je ale možné, že by mohl být přizpůsoben i pro jiné procesy, které – stejně jako ten náš – nevyžadují načtení databáze do kvantové paměti RAM,“ uvedla spoluautorka studie Scarlett Gao z University of Glasgow.
A quantum algorithm for gravitational wave matched filtering, arXiv:2109.01535 [quant-ph] arxiv.org/abs/2109.01535
Zdroj: University of Glasgow / Phys.org
Aké je najvyššia frekvencia gravitačných vĺn pri spojení dvoch čiernych dier, ktorých singularita má nulový polomer?