Ученые из Gran Sasso Science Institute, Калифорнийского технологического института и Google DeepMind объединили усилия для создания новой технологии, позволяющей точнее обнаруживать гравитационные волны при помощи искусственного интеллекта. Разработанный ими подход, названный Deep Loop Shaping, использует машинное обучение для уменьшения шума, возникающего в системах управления интерферометра, что существенно повышает чувствительность детекторов.
Гравитационные интерферометры, например LIGO, – это приборы, отличающиеся высочайшей точностью и созданные для регистрации возмущений в структуре пространства-времени. Для обеспечения их функционирования требуются сложные системы активного управления, которые обеспечивают практически неподвижное состояние зеркал. При этом, сами эти системы контроля способны создавать собственный шум, обусловленный корректирующими воздействиями. Если эти воздействия не откалиброваны должным образом, они могут усиливать вибрации, вместо того чтобы подавлять их. Обычные методы контроля, основанные на линейных принципах, не всегда способны эффективно решать эту проблему.
Deep Loop Shaping позволяет обойти это ограничение благодаря алгоритму, использующему методы обучения с подкреплением. Алгоритм был обучен в симулированной среде для минимизации вибраций в частотном диапазоне, наиболее значимом для обнаружения гравитационных волн – от 10 до 30 Гц. Именно в этой области LIGO фиксирует 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, прошедший испытания, обеспечил уменьшение уровня шума, создаваемого одним из наиболее подверженных колебаниям контуров управления, в диапазоне от 30 до 100 раз, что является беспрецедентным результатом подавления шумов. Благодаря этому прорыву удалось полностью устранить указанный источник помех, что повысило стабильность и чувствительность системы. О результатах исследования было объявлено 4 сентября 2025 года в журнале Science.
Использование этой технологии во всех системах подвесов LIGO может привести к обнаружению сотен дополнительных гравитационных событий в год, повышению качества получаемых сигналов и увеличению зоны видимости. Кроме того, данный подход может быть реализован и в других обсерваториях, таких как Virgo и KAGRA, а также в будущих проектах, например, в телескопе Эйнштейна (ET) и космической антенне LISA. Возможности применения этого метода простираются и на другие инженерные области, где требуется точный динамический контроль, включая аэрокосмическую промышленность и робототехнику.