Искусственный интеллект повысил чувствительность гравитационного интерферометра LIGO

Новости МирТесен

Сотрудничество ученых из Gran Sasso Science Institute, Калифорнийского технологического института и Google DeepMind позволило создать инновационный подход к повышению точности регистрации гравитационных волн с применением искусственного интеллекта. Разработанная технология под названием Deep Loop Shaping использует машинное обучение для уменьшения шума, возникающего в системах управления интерферометра, что критически важно для увеличения чувствительности детекторов.

Гравитационные интерферометры, например LIGO, – это приборы высочайшей точности, созданные для регистрации изменений в структуре пространства-времени. Для обеспечения их функционирования требуются сложные системы активной стабилизации, которые поддерживают зеркала в практически неподвижном состоянии. Однако сами эти системы контроля могут создавать собственный шум, обусловленный корректирующими действиями, которые, при недостаточной калибровке, способны усиливать вибрации вместо их подавления. Обычные методы контроля, основанные на линейных моделях, не всегда позволяют достичь наилучшего результата в решении этой задачи.

Deep Loop Shaping позволяет обойти это ограничение благодаря алгоритму, использующему методы обучения с подкреплением. В симуляции алгоритм был обучен для снижения вибраций в частотном диапазоне от 10 до 30 Гц, который является наиболее важным для обнаружения гравитационных волн. Именно в этом диапазоне LIGO регистрирует события, такие как слияния черных дыр средней массы. После завершения обучения алгоритм был успешно интегрирован в систему управления одним из основных зеркал обсерватории LIGO, расположенной в Ливингстоне, штат Луизиана.

Новый метод, применяемый в ходе испытаний, обеспечил снижение уровня шума, производимого одним из наиболее непредсказуемых контуров управления, в диапазоне от 30 до 100 раз, что является беспрецедентным результатом подавления шума. Благодаря этому достижению удалось полностью устранить указанный источник помех, что повысило стабильность и чувствительность системы. Материалы исследования были обнародованы 4 сентября 2025 года в журнале Science.

Использование этой технологии во всей системе подвесов LIGO может привести к обнаружению сотен дополнительных гравитационных событий в год, повысить качество получаемых сигналов и расширить радиус наблюдений. Также предполагается, что данный подход будет полезен для других обсерваторий, включая Virgo и KAGRA, а также для будущих проектов, таких как телескоп Эйнштейна (ET) и космическая антенна LISA. Возможности применения этого метода охватывают и другие инженерные направления, где необходим высокоточный динамический контроль, например, в аэрокосмической отрасли и робототехнике.