Wetenschappers zullen gebruik kwantumcomputertools om ze uiteindelijk te helpen moleculen in de ruimte te detecteren die voorlopers van leven kunnen zijn.
Afbeelding: Alan Dyer/VW PICS/Universal Images Group via Getty Images
Kwantumcomputers helpen onderzoekers bij het verkennen van het universum op zoek naar leven buiten onze planeet – en hoewel het verre van zeker is dat ze echte buitenaardse wezens zullen vinden, kunnen de resultaten van het experiment bijna net zo opwindend zijn.
Zapata Computing, dat kwantumsoftwarediensten levert, heeft een nieuwe samenwerking aangekondigd met de Britse University of Hull, waarbij wetenschappers kwantumcomputertools zullen gebruiken om hen uiteindelijk te helpen moleculen in de ruimte te detecteren die de voorlopers kunnen zijn van leven.
Tijdens het acht weken durende programma zullen kwantumbronnen worden gecombineerd met klassieke computertools om complexe berekeningen nauwkeuriger op te lossen, met als einddoel te ontdekken of kwantumcomputing een nuttige impuls kan geven aan het werk van astrofysici, ondanks de huidige beperkingen van de technologie. .
ZIE: Er zijn twee soorten quantum computing. Nu zegt een bedrijf dat het beide wil aanbieden
Het detecteren van leven in de ruimte is net zo lastig als het klinkt. Het komt allemaal neer op het vinden van bewijs van moleculen die het potentieel hebben om leven te creëren en in stand te houden – en omdat wetenschappers niet de middelen hebben om de moleculen zelf te observeren, moeten ze vertrouwen op alternatieve methoden.
Meestal besteden astrofysici aandacht aan licht, dat door telescopen kan worden geanalyseerd. Dit komt omdat licht – bijvoorbeeld infraroodstraling die wordt gegenereerd door nabije sterren – vaak interageert met moleculen in de ruimte. En wanneer dat het geval is, trillen, roteren en absorberen de deeltjes een deel van het licht, waardoor een specifieke handtekening op de spectrale gegevens wordt achtergelaten die door wetenschappers op aarde kunnen worden opgepikt.
Voor onderzoekers is het daarom alleen nog maar nodig om die handtekeningen te detecteren en te herleiden met welke moleculen ze overeenkomen.
Het probleem? MIT-onderzoekers hebben eerder vastgesteld dat meer dan 14.000 moleculen kunnen wijzen op tekenen van leven in de atmosfeer van exoplaneten. Met andere woorden, er is nog een lange weg te gaan voordat astrofysici een database hebben opgesteld van alle verschillende manieren waarop die moleculen kunnen interageren met licht – van alle handtekeningen waarnaar ze zouden moeten zoeken wanneer ze hun telescopen op andere planeten richten.
Dat is de uitdaging die de University of Hull zichzelf heeft gesteld: het Centre for Astrophysics van de instelling hoopt in feite een database met detecteerbare biologische handtekeningen te genereren.
Al meer dan twee decennia, legt David Benoit uit, hoofddocent moleculaire fysica en astrochemie aan de Universiteit van Hull, gebruiken onderzoekers klassieke middelen om die handtekeningen te voorspellen; maar de methode raakt snel uitgeput.
De berekeningen die zijn uitgevoerd door de onderzoekers van het centrum in Hull beschrijven precies hoe elektronen met elkaar interageren binnen een molecuul van belang – denk aan waterstof, zuurstof, stikstof enzovoort. “Op klassieke computers kunnen we de interacties beschrijven, maar het probleem is dat dit een factorieel algoritme is, wat betekent dat hoe meer elektronen je hebt, hoe sneller je probleem zal groeien”, vertelt Benoit aan ZDNet.
“We kunnen het bijvoorbeeld met twee waterstofatomen doen, maar tegen de tijd dat je iets veel groters hebt, zoals CO2, begin je je zenuwen een beetje te verliezen omdat je een supercomputer gebruikt en zelfs zij hebben geen genoeg geheugen of rekenkracht om dat precies te doen.”
Het simuleren van deze interacties met klassieke middelen gaat daarom uiteindelijk ten koste van de nauwkeurigheid. Maar zoals Benoit zegt, je wilt niet degene zijn die beweert leven op een exoplaneet te hebben ontdekt terwijl het eigenlijk iets anders was.
In tegenstelling tot klassieke computers zijn kwantumsystemen echter gebouwd op de principes van de kwantummechanica – die het gedrag van deeltjes bepalen wanneer ze op hun kleinste schaal worden genomen: dezelfde principes als die welke ten grondslag liggen aan het gedrag van elektronen en atomen in een molecuul.
Dit bracht Benoit ertoe Zapata te benaderen met een “gek idee”: kwantumcomputers gebruiken om het kwantumprobleem van leven in de ruimte op te lossen.
“Het systeem is kwantum, dus in plaats van een klassieke computer te nemen die alle kwantumdingen moet simuleren, kun je een kwantumding nemen en het in plaats daarvan meten om te proberen de kwantumgegevens te extraheren die we willen”, legt Benoit uit.
Kwantumcomputers kunnen daarom van nature nauwkeurige berekeningen mogelijk maken van de patronen die het gedrag van complexe kwantumsystemen zoals moleculen bepalen, zonder de enorme rekenkracht die een klassieke simulatie zou vereisen.
De gegevens die worden geëxtraheerd uit de kwantumberekening over het gedrag van elektronen, kunnen vervolgens worden gecombineerd met klassieke methoden om de handtekening van moleculen van belang in de ruimte te simuleren, wanneer ze in contact komen met licht.
Het blijft waar dat de kwantumcomputers die momenteel beschikbaar zijn om dit soort berekeningen uit te voeren, beperkt zijn: de meeste systemen doorbreken het aantal van 100 qubits niet, wat niet genoeg is om zeer complexe moleculen te modelleren.
ZIE: Voorbereiding op de 'gouden eeuw' van kunstmatige intelligentie en machine learning
Benoit legt uit dat dit de onderzoekers van het centrum niet heeft afgeschrikt. “We gaan iets kleins nemen en het kwantumgedrag van dat kleine systeem extrapoleren naar het echte”, zegt Benoit. “We kunnen de gegevens die we uit een paar qubits halen al gebruiken, omdat we weten dat de gegevens exact zijn. Dan kunnen we extrapoleren.”
Dat wil niet zeggen dat het tijd is om de supercomputers van het centrum af te schaffen, vervolgt Benoit. Het programma gaat pas van start en de komende acht weken gaan de onderzoekers kijken of het mogelijk is om die exacte fysica op kleine schaal dankzij een kwantumcomputer te extraheren om grote schaal berekeningen.
“Het probeert te zien hoe ver we kwantumcomputing kunnen duwen,” zegt Benoit, “en kijken of het echt werkt, of het echt zo goed is als we denken dat het is.”
Als het project slaagt, zou het een vroege use-case voor kwantumcomputers kunnen zijn – een die het nut van de technologie zou kunnen aantonen ondanks de huidige technische beperkingen. Dat is op zich al een behoorlijke prestatie; de volgende mijlpaal zou de ontdekking van onze exoplaneetburen kunnen zijn.
Hardware
Ring, Echo en Astro: alles wat Amazon zojuist heeft aangekondigd Zes redenen waarom ik mijn Surface Pro 7 vervang door een Surface Pro 8 Onze iPhones zijn zes jaar oud. Dit is waarom we bang zijn om ze te upgraden De beste Surface-pc's (die klaar zijn voor Windows 11)
Verwante onderwerpen:
Pc's Servers Opslag Netwerken Datacenters 