Un algoritmo de búsqueda para computación cuántica podría acelerar la detección de ondas gravitacionales

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Un algoritmo de búsqueda para computación cuántica podría acelerar la detección de ondas gravitacionales

Ilustración de un fondo de ondas gravitacionales / C. Knox

Científicos en Escocia están desarrollando una nueva forma de utilizar la computación cuántica para identificar señales de ondas gravitacionales. Los detalles del avance fueron explicados en un nuevo artículo publicado en Physical Review Research.

Un equipo de la Universidad de Glasgow ha creado un algoritmo cuántico para hacer coincidir las señales de ondas gravitacionales con un banco de plantillas. El algoritmo proporciona una herramienta valiosa para los futuros astrofísicos, ya que puede reducir drásticamente el tiempo que lleva clasificar los datos.

Filtro combinado

El proceso conocido como filtrado combinado, es parte de la metodología que sustenta algunos de los descubrimientos de señales de ondas gravitacionales. Este tipo de señales fueron detectadas por el Observatorio Gravitacional de Interferómetro Láser (LIGO) en Estados Unidos y el interferómetro Virgo en Italia, los cuales son los sensores más sensibles jamás creados, utilizados para captar las tenues ondas en el espacio-tiempo causadas por eventos astronómicos masivos como la colisión y fusión de agujeros negros.

El filtrado combinado tamiza los datos en busca de una señal que coincida con otra entre cientos de billones de plantillas potenciales. Éstas últimas son piezas de datos creados previamente que probablemente se correlacionen con una señal de onda gravitacional genuina.

Si bien el proceso ha permitido numerosas detecciones de ondas gravitacionales, requiere mucho tiempo y recursos. Sin embargo, los investigadores descubrieron que el proceso podría acelerarse en gran medida mediante una técnica de computación cuántica llamada algoritmo de Grover

Imitando la computación cuántica 

El algoritmo fue desarrollado por el científico informático Lov Grover en 1996. La fórmula aprovecha las capacidades de la teoría cuántica para hacer que el proceso de búsqueda en las bases de datos sea mucho más rápido. 

Las computadoras cuánticas capaces de procesar datos utilizando el algoritmo de Grover aún son una tecnología en desarrollo. A pesar de ello, las computadoras convencionales pueden modelar su comportamiento, permitiendo desarrollar técnicas que se adopten cuando la tecnología haya madurado y las computadoras cuánticas estén fácilmente disponibles.

«El filtrado coincidente es un problema que el algoritmo de Grover parece estar bien ubicado para ayudar a resolver”, comenta la Dra. Scarlett Gao. “Hemos logrado desarrollar un sistema que muestra que la computación cuántica podría tener valiosas aplicaciones en la astronomía de ondas gravitacionales”, agrega. 

Posibles usos 

Los investigadores de Glasgow han sido los primeros en adaptar el algoritmo de Grover para la búsqueda de ondas gravitacionales. El sistema que desarrollaron puede acelerar el número de operaciones proporcionalmente a la raíz cuadrada del número de plantillas.

Esta reducción del número de cálculos se traduciría en una aceleración de tiempo. En el mejor de los casos, si una búsqueda usando computación clásica demora un año, la misma tomaría tan solo una semana, reduciéndose hasta un 98%.

El equipo de Gao se ha concentrado en un solo tipo de búsqueda en este documento. Aun así, es posible adaptarlo para otros procesos que no requieran que la base de datos se cargue en la memoria cuántica de acceso aleatorio. Las oportunidades que se aproximan son emocionantes. 

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