Un algoritmo quantistico aiuterà a studiare meglio le onde gravitazionali

L'informatica quantistica è una tecnologia ancora in fase sperimentale. Eppure in molti vedono tante potenzialità, dallo studio dei buchi neri ad altre applicazioni che possono cambiare la vita di tutti i giorni. Un gruppo di ricercatori ha ideato un algoritmo quantistico che possa aiutare a studiare le onde gravitazionali.

Con gli strumenti finora realizzati, i sensori come il LIGO degli Stati Uniti d'America, oppure il sensore di onde gravitazionali VIRGO in Italia, utilizzano una tecnica per scovare i segnali delle onde gravitazionali denominata "filtro adattato", una strategia comune nel mondo delle telecomunicazioni. Questo consiste nell'associare un'onda sconosciuta a un'onda dalle caratteristiche già conosciute. Il processo però richiede tanto tempo dato che ogni singolo segnale va messo in paragone con tutti quelli presenti nella banca dati.

Per effettuare quest'analisi e comparazione tra le onde in modo più veloce, un gruppo di ricercatori ha suggerito di usare l'algoritmo di Grover, un approccio completamente rivoluzionario che può nettamente aumentare la velocità del processo. Ideato nel 1996 da Lov Grover, l'algoritmo però si basa sull'informatica quantistica e, quindi, sui computer quantistici, che sono ancora in fase di sviluppo ma che già mostrano caratteristiche e peculiarità diverse dai PC odierni.

I computer quantistici non hanno ancora la potenza computazionale per essere utilizzati a questo scopo, quindi per il momento sono stati utilizzati dei computer convenzionali ma sviluppati in modo tale da poter imitare quel comportamento, permettendo così ai ricercatori di sviluppare tecnologie che poi verranno utilizzate quando l'informatica quantistica sarà matura.

Il team di Glasgow che ha adattato l'algoritmo di Grover ha usato Python e Qiskit per simulare i processi di un PC quantistico. Come sottolinea il dottor Scarlet Gato, uno dei primi firmatari della ricerca, "il filtro adattato è un problema che l'algoritmo di Grover sembra capace di aiutare a risolvere, e noi siamo stati in grado di sviluppare un sistema che mostra come l'informatica quantistica possa avere applicazioni valenti nell'astronomia delle onde gravitazionali".

"Il mio co-autore e io eravamo dottorandi quando abbiamo iniziato questo lavoro e siamo stati fortunati nell'avere accesso al supporto di alcune ricerche britanniche nell'informatica quantistica e onde gravitazionali durante il processo di sviluppo di questo software. Mentre ci siamo concentrati su un tipo di ricerca in questo paper, è possibile che verrà anche adattato per altri processi che, come questo, non richiedono il caricamento del database nella RAM quantistica."

Fergus Hayes, dottorando e co-autore, ha aggiunto che: "i ricercatori qui a Glasgow hanno lavorato sulla fisica delle onde gravitazionali per più di 50 anni, e lavorare nel nostro Institute for Gravitational Research ha aiutato a puntellare lo sviluppo e le analisi dati di LIGO. Il lavoro multidisciplinare che io e il dottor Gao abbiamo condotto ha dimostrato il potenziale dell'informatica quantistica nei filtri adattati. Con l'informatica quantistica in sviluppo nei prossimi anni, è possibile che i processi come questo verranno usati in futuro dai sensori di onde gravitazionali. È una prospettiva eccitante e non vediamo l'ora di sviluppare questo concetto in futuro."

I computer dei prossimi decenni sembrano già aver dato un contributo importante alla ricerca, ma secondo altri meglio non aspettarsi molto dall'informatica quantistica.