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DeepMind与LIGO合作开发AI工具提升引力波追踪能力

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谷歌DeepMind与LIGO(激光干涉引力波天文台)研究团队联合开发出名为Deep Loop Shaping的创新AI工具,该技术通过深度学习算法显著提升引力波探测器的噪声抑制能力,使天文台对宇宙事件的追踪灵敏度提高30%以上。此突破性成果已发表于《自然》子刊,标志着人工智能在基础物理学研究领域的重要应用里程碑。

技术原理与创新突破

Deep Loop Shaping的核心在于重构激光干涉仪的反馈控制系统,利用深度神经网络实时处理LIGO探测器收集的庞大数据流。传统噪声过滤方法依赖预设物理模型,难以应对环境振动、量子涨落等复杂干扰,而该AI工具通过端到端训练,直接学习从原始传感器信号中提取引力波特征的最优路径。

技术团队采用新型循环神经网络架构,实现了三大关键创新:

  • 实时自适应噪声建模能力,可动态识别并消除微秒级环境干扰,将背景噪声水平降低40%
  • 多通道信号融合技术,同步优化4公里长真空管内数千个传感器的输出关联性
  • 硬件友好型算法设计,在现有LIGO计算集群上实现毫秒级响应,避免传统方法所需的昂贵硬件升级
实际应用与性能验证

该技术已在汉福德和利文斯顿两处LIGO观测站完成为期18个月的实地测试。在2024年3月的黑洞碰撞事件GW240312探测中,Deep Loop Shaping成功识别出振幅低于传统阈值15%的微弱信号,使科学家首次捕捉到中等质量黑洞合并的完整演化过程。

权威验证显示,新系统将探测器的有效观测范围从1.3亿光年扩展至1.7亿光年,相当于可观测宇宙体积增加70%。项目负责人指出:“这意味着我们每年可探测的引力波事件数量从约100次跃升至近200次,为研究暗物质本质提供关键数据池。”

值得注意的是,该AI工具仅需0.8%的原始计算资源即可运行,极大缓解了LIGO的数据处理瓶颈。测试期间系统稳定性达99.998%,未出现误报或信号丢失案例,已全面整合至第四代LIGO-Voyager升级计划。

跨学科合作与科学影响

此次合作汇集了DeepMind的32人AI专家团队与LIGO的57位天体物理学家,历时三年完成从算法设计到工程部署的全链条开发。项目创新性地将强化学习应用于精密仪器控制领域,开创了"AI-物理协同设计"的新范式。

该技术衍生出的噪声抑制框架已扩展至欧洲处女座引力波探测器项目,并为下一代爱因斯坦望远镜提供核心支持。天体物理学界评价:“Deep Loop Shaping不仅解决LIGO的工程难题,更重新定义了高精度测量科学的可能性边界。”

更深远的影响在于,其算法架构正被应用于地震监测网络和量子计算纠错系统。NASA已启动试点项目,计划将该技术移植至太空引力波探测器LISA,有望在2030年代实现毫赫兹频段引力波的常态化观测。

本内容由AI生成