Il calcolo quantistico ci permetterà di individuare le onde gravitazionali

Un team della School of Physics & Astronomy dell’Università di Glasgow ha creato un nuovo metodo per identificare i segnali delle onde gravitazionali utilizzando il calcolo quantistico. Si tratta di un lavoro che potrebbe quindi essere di prezioso aiuto per l’astrofisica del futuro.

Il lungo lavoro per trovare delle onde gravitazionali

Questo nuovo metodo si basa su un algoritmo quantistico in grado di ridurre, in modo drastico, il tempo necessario per eseguire il processo di matched filtering, che consiste nel confrontare i segnali osservati delle onde gravitazionali con quelli presenti nell’enorme banca dati di modelli esistente.

Il matched filtering è un processo che fa parte della metodologia alla base di alcune delle scoperte sui segnali delle onde gravitazionali che abbiamo ottenuto grazie ai rivelatori come il Laser Interferometer Gravitational Observatory (LIGO) in America e l’interferometro VIRGO in Italia.

Rivelatori come LIGO e VIRGO, hanno dei sensori altamente sensibili, in grado di raccogliere i segnali delle deboli increspature nello spaziotempo che si originano quando ha luogo un enorme evento astronomico, come la collisione o la fusione di due buchi neri. Ma i sensibili rivelatori, assieme alle tracce di questi eventi catastrofici del cosmo, raccolgono anche molto rumore di fondo. Per questo servono dei computer e degli algoritmi in grado di separare i dati relativi alle onde gravitazionali, da tutto il marasma ascoltato nel cosmo.

I computer dunque setacciando le enormi quantità di dati, alla ricerca di un segnale che corrisponda esattamente a uno su centinaia di trilioni di modelli. Un processo che fino ad ora ci ha consentito di individuare le onde gravitazionali, ma che è sicuramente dispendioso in termini di tempo e risorse.

Il calcolo quantistico renderà il processo più veloce

Per questo i ricercatori della School of Physics & Astronomy si sono messi alla ricerca di un modo per rendere questo processo più veloce. Il team di ricerca ha infatti mostrato nel suo studio, come il processo potrebbe essere notevolmente accelerato da una tecnica di calcolo quantistico chiamata algoritmo di Grover. Questo algoritmo, che prende il nome dallo scienziato informatico Lov Grover, che lo ha sviluppato nel 1996, sfrutta le capacità e le applicazioni insolite della teoria quantistica per rendere il processo di ricerca nei database molto più veloce.

Al momento i computer quantistici in grado di elaborare dati utilizzando l’algoritmo di Grover sono ancora una tecnologia in via di sviluppo, ma i computer convenzionali sono in grado di modellare il loro comportamento per far si che i ricercatori possano sviluppare delle tecniche che potranno essere utilizzate quando la tecnologia quantistica sarà matura e i computer quantistici saranno disponibili.

Il team di ricerca ha dunque adattato l’algoritmo di Grover per la ricerca delle onde gravitazionali attraverso un software sviluppato dallo stesso team utilizzando il linguaggio di programmazione Python e Qiskit.

Grazie a questo studio dunque e al calcolo quantistico, una volta che saranno disponibili computer quantistici per questi esperimenti, una ricerca che ora con l’informatica classica richiede un anno. con questo algoritmo quantistico potrebbe richiedere solo una settimana.

La principale autrice dell’articolo, la dott.ssa Scarlett Gao, della School of Physics & Astronomy dell’Università, ha infatti affermato che “il matched filtering è un problema che l’algoritmo di Grover ha buone possibilità di risolvere, e siamo stati in grado di sviluppare un sistema che mostra che il calcolo quantistico potrebbe avere preziose applicazioni nell’astronomia delle onde gravitazionali.”

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