Oamenii de știință folosesc calculul cuantic pentru a-i ajuta să descopere semne de viață pe alte planete

Calculatoarele cuantice îi ajută pe cercetători să cerceteze universul în căutarea vieții în afara planetei noastre și, deși este departe de a fi siguri că vor găsi extratereștri reali, rezultatele experimentului ar putea fi interesante. Zapata Computing, care furnizează servicii software cuantice, a anunțat un nou parteneriat cu Universitatea din Hull din Marea Britanie, care va vedea oamenii de știință să utilizeze instrumente de calcul cuantic pentru a le ajuta în cele din urmă să detecteze molecule din spațiul cosmic care ar putea fi precursori ai vieții. În timpul programului de opt săptămâni, resursele cuantice vor fi combinate cu instrumente de calcul clasice pentru a rezolva calculele complexe cu o mai bună precizie, cu scopul final de a afla dacă calculul cuantic ar putea oferi un impuls util activității astrofizicienilor, în ciuda limitărilor actuale ale tehnologiei. Detectarea vieții în spațiu este o sarcină dificilă pe cât pare.

Totul se rezumă la găsirea de dovezi ale moleculelor care au potențialul de a crea și susține viața – și pentru că oamenii de știință nu au mijloacele de a ieși și de a observa moleculele singuri, trebuie să se bazeze pe metode alternative. De obicei, astrofizicienii acordă atenție luminii, care poate fi analizată prin telescoape. Acest lucru se datorează faptului că lumina – de exemplu, radiația infraroșie generată de stelele din apropiere – interacționează adesea cu moleculele din spațiul cosmic. Și când o face, particulele vibrează, se rotesc și absorb o parte din lumină, lăsând o semnătură specifică pe datele spectrale care pot fi preluate de oamenii de știință din nou pe Pământ. Prin urmare, pentru cercetători, tot ce rămâne de făcut este să detecteze acele semnături și să urmărească la ce molecule corespund. Problema? Cercetătorii MIT au stabilit anterior că peste 14.000 de molecule ar putea indica semne de viață în atmosferele exoplanetelor. Cu alte cuvinte, mai este încă un drum lung de parcurs până când astrofizicienii au elaborat o bază de date cu toate modalitățile prin care moleculele respective ar putea interacționa cu lumina – a tuturor semnăturilor pe care ar trebui să le caute atunci când își îndreaptă telescoapele către alte planete.

Aceasta este provocarea pe care și-a propus-o Universitatea din Hull: Centrul de Astrofizică al instituției speră efectiv să genereze o bază de date cu semnături biologice detectabile. De peste două decenii, explică David Benoit, lector superior în fizică moleculară și astrochimie la Universitatea din Hull, cercetătorii au folosit mijloace clasice pentru a încerca și a prezice aceste semnături. Totuși, metoda se epuizează rapid. Calculele efectuate de cercetătorii de la centrul din Hull implică descrierea exactă a modului în care electronii interacționează între ei în cadrul unei molecule de interes – gândiți-vă la hidrogen, oxigen, azot și așa mai departe. „Pe computerele clasice putem descrie interacțiunile, dar problema este că acesta este un algoritm factorial, ceea ce înseamnă că, cu cât aveți mai mulți electroni, cu atât problema dvs. va crește mai repede”, spune Benoit pentru ZDNet. „O putem face cu doi atomi de hidrogen, de exemplu, dar până când ai ceva mult mai mare, cum ar fi CO2, începi să-ți pierzi puțin nervii. Nu aveți suficientă memorie sau putere de calcul pentru a face exact acest lucru. ” Simularea acestor interacțiuni cu mijloace clasice implică, în final, costul acurateței. Dar, așa cum spune Benoit, nu vrei să fii cel care pretinde că a detectat viața pe o exo-planetă atunci când era de fapt altceva. Spre deosebire de computerele clasice, totuși, sistemele cuantice sunt construite pe principiile mecanicii cuantice – cele care guvernează comportamentul particulelor atunci când sunt luate la cea mai mică scară: aceleași principii ca cele care stau la baza comportamentului electronilor și atomilor într-o moleculă . Acest lucru l-a determinat pe Benoit să se apropie de Zapata cu o „idee nebună”: să folosească computerele cuantice pentru a rezolva problema cuantică a vieții în spațiu. „Sistemul este cuantic, deci în loc să luați un computer clasic care trebuie să simuleze toate lucrurile cuantice, puteți lua un lucru cuantic și îl puteți măsura în loc să încercați să extrageți datele cuantice pe care le dorim”, explică Benoit. Computerele cuantice, prin natura lor, ar putea, prin urmare, să permită calcule exacte ale modelelor care definesc comportamentul sistemelor cuantice complexe, cum ar fi moleculele, fără a solicita puterea de calcul uriașă pe care ar necesita o simulare clasică. Datele care sunt extrase din calculul cuantic despre comportamentul electronilor pot fi apoi combinate cu metode clasice pentru a simula semnătura moleculelor de interes în spațiu atunci când acestea intră în contact cu lumina.

Rămâne adevărat că computerele cuantice care sunt disponibile în prezent pentru a efectua acest tip de calcul sunt limitate: majoritatea sistemelor nu întrerup numărul de 100 qubit, ceea ce nu este suficient pentru a modela molecule foarte complexe. „Vom lua ceva mic și vom extrapola comportamentul cuantic de la acel sistem mic la cel real”, spune Benoit. „Putem folosi deja datele pe care le obținem de la câteva qubits, pentru că știm că datele sunt exacte. Apoi, putem extrapola.” Asta nu înseamnă că a sosit momentul să scăpăm de supercomputerele centrului, continuă Benoit. Programul abia începe și, pe parcursul următoarelor opt săptămâni, cercetătorii vor afla dacă este posibil să extragem fizica exactă la scară mică, datorită unui computer cuantic, pentru a ajuta calcule la scară. „Încearcă să vadă cât de departe putem împinge calculul cuantic”, spune Benoit, „și să vedem dacă funcționează cu adevărat, dacă este într-adevăr la fel de bun pe cât credem că este.” Dacă proiectul va avea succes, ar putea constitui un caz de utilizare timpurie pentru computerele cuantice – unul care ar putea demonstra utilitatea tehnologiei în ciuda limitărilor sale tehnice actuale. Aceasta în sine este o realizare destul de bună; următoarea etapă ar putea fi descoperirea vecinilor noștri exo-planetari. Sursa: zdnet.com