Forskare kommer att använda kvantberäkningsverktyg för att så småningom hjälpa dem att upptäcka molekyler i yttre rymden som kan vara föregångare till livet.
Bild: Alan Dyer/VW PICS/Universal Images Group via Getty Images
Kvantdatorer hjälper forskare att leta efter universum på jakt efter liv utanför vår planet – och även om det är långt ifrån säkert att de kommer hitta verkliga utomjordingar, kan resultaten av experimentet vara nästan lika spännande.
Zapata Computing, som tillhandahåller kvantprogramvarutjänster, har tillkännagett ett nytt partnerskap med Storbritanniens University of Hull, som kommer att se forskare använda kvantberäkningsverktyg för att så småningom hjälpa dem att upptäcka molekyler i yttre rymden som kan vara föregångare till liv.
Under det åtta veckors programmet kommer kvantresurser att kombineras med klassiska beräkningsverktyg för att lösa komplexa beräkningar med bättre noggrannhet, med slutmålet att ta reda på om kvantberäkning kan ge ett användbart uppsving för astrofysiker, trots teknikens nuvarande begränsningar .
SE: Det finns två typer av kvantberäkning. Nu säger ett företag att de vill erbjuda båda
Att upptäcka liv i rymden är en lika knepig uppgift som det låter. Allt handlar om att hitta bevis på molekyler som har potential att skapa och upprätthålla liv – och eftersom forskare inte har möjlighet att gå ut och observera molekylerna själva, måste de lita på alternativa metoder.
Normalt uppmärksammar astrofysiker ljus, som kan analyseras genom teleskop. Detta beror på att ljus – till exempel infraröd strålning som genereras av närliggande stjärnor – ofta interagerar med molekyler i yttre rymden. Och när det gör det, vibrerar, roterar och absorberar partiklarna en del av ljuset och lämnar en specifik signatur på spektraldata som kan plockas upp av forskare tillbaka på jorden.
För forskare är det därför bara att upptäcka dessa signaturer och spåra tillbaka till vilka molekyler de motsvarar.
Problemet? MIT -forskare har tidigare fastställt att över 14 000 molekyler kan indikera livstecken i exoplanets atmosfär. Med andra ord, det är fortfarande en lång väg kvar innan astrofysiker har ritat en databas över alla de olika vägar som dessa molekyler kan interagera med ljus – av alla signaturer som de bör leta efter när de riktar sina teleskop mot andra planeter.
Det är utmaningen som University of Hull har ställt sig: institutionens Center for Astrophysics hoppas effektivt kunna skapa en databas med detekterbara biologiska signaturer.
I över två decennier, förklarar David Benoit, universitetslektor i molekylär fysik och astrokemi vid University of Hull, har forskare använt klassiska medel för att försöka förutsäga dessa signaturer; men metoden tar snabbt slut.
Beräkningarna utförda av forskarna vid centret i Hull innebär att exakt beskriva hur elektroner interagerar med varandra inom en intressant molekyl – tänk väte, syre, kväve och så vidare. “På klassiska datorer kan vi beskriva interaktionerna, men problemet är att detta är en faktoriell algoritm, vilket innebär att ju fler elektroner du har, desto snabbare kommer ditt problem att växa”, säger Benoit till ZDNet.
“Vi kan göra det med två väteatomer till exempel, men när du har något mycket större, som CO2, börjar du tappa nerven lite för att du använder en superdator och även de inte har tillräckligt med minne eller datorkraft för att göra det exakt. ”
Att simulera dessa interaktioner med klassiska medel kommer därför i slutändan att kosta noggrannhet. Men som Benoit säger, du vill inte vara den som påstår att du har upptäckt liv på en exo-planet när det faktiskt var något annat.
Till skillnad från klassiska datorer är kvantsystem dock byggda på kvantmekanikens principer – de som styr partiklarnas beteende när de tas i minsta skala: samma principer som de som ligger till grund för beteendet hos elektroner och atomer i en molekyl.
Detta fick Benoit att närma sig Zapata med en “galen idé”: att använda kvantdatorer för att lösa kvantproblemet i livet i rymden.
“Systemet är kvant, så istället för att ta en klassisk dator som måste simulera alla kvant saker, kan du ta en kvant sak och mäta den istället för att försöka extrahera de kvantdata vi vill ha”, förklarar Benoit.
Kvantdatorer, till sin natur, kan därför möjliggöra exakta beräkningar av de mönster som definierar beteendet hos komplexa kvantsystem som molekyler, utan att kräva den enorma beräkningseffekt som en klassisk simulering skulle kräva.
Data som extraheras från kvantberäkningen om elektroners beteende kan sedan kombineras med klassiska metoder för att simulera signaturen av molekyler av intresse i rymden när de kommer i kontakt med ljus.
Det är fortfarande sant att de kvantdatorer som för närvarande är tillgängliga för att utföra denna typ av beräkning är begränsade: de flesta system bryter inte 100-qubit-räkningen, vilket inte är tillräckligt för att modellera mycket komplexa molekyler.
SE: Att förbereda sig för ”guldåldern” för artificiell intelligens och maskininlärning
Benoit förklarar att detta inte har avskräckt centrumets forskare. “Vi ska ta något litet och extrapolera kvantbeteendet från det lilla systemet till det verkliga”, säger Benoit. “Vi kan redan använda data vi får från några qubits, eftersom vi vet att data är exakta. Då kan vi extrapolera.”
Därmed inte sagt att det är dags att bli av med centrumets superdatorer, fortsätter Benoit. Programmet börjar bara, och under de kommande åtta veckorna kommer forskarna att ta reda på om det alls är möjligt att extrahera den exakta fysiken i liten skala, tack vare en kvantdator, för att hjälpa stora skalberäkningar.
“Det försöker se hur långt vi kan driva kvantberäkning”, säger Benoit, “och se om det verkligen fungerar, om det verkligen är så bra som vi tror att det är.”
Om projektet lyckas kan det utgöra ett tidigt användningsfall för kvantdatorer – ett som kan visa användbarheten av tekniken trots dess nuvarande tekniska begränsningar. Det i sig är en ganska bra prestation; nästa milstolpe kan vara upptäckten av våra exo-planet grannar.
Hårdvara
Ring, Echo och Astro: Allt Amazon har precis meddelat Sex anledningar till att jag byter ut min Surface Pro 7 mot en Surface Pro 8 Våra iPhones är sex år gamla. Här är varför vi fruktar att uppgradera dem De bästa Surface-datorerna (som är Windows 11-klara)
Relaterade ämnen:
Datorer Servers Lagring Nätverksdatacenter 