No CERN – Laboratório Europeu de Física de Partículas (Suíça) há cerca de seiscentos milhões de colisões de protões por segundo e todos estes dados são analisados por dezenas de milhares de cientistas de todo o mundo.
Miguel Caçador e Gabriela Oliveira, alunos do mestrado em engenharia física da Universidade do Minho, propõem acelerar esse processo ao aplicar inteligência artificial num computador quântico, para detectar novos eventos na física (ajudando a decifrar o universo) e para compreender melhor a tecnologia quântica. O seu estudo saiu na conceituada revista Frontiers in Artificial Intelligence.
Os alunos investigam no Laboratório de Instrumentação e Física Experimental de Partículas da Escola de Ciências da UMinho (LIP-Minho), orientados pelo professor Nuno Castro. Primeiro, reúnem grandes quantidades de dados que simulam eventos de física (como choques de protões) de experiências do CERN. Depois, usam técnicas de pré-processamento de forma a poderem classificar os dados com técnicas de quantum machine learning (QML). Focam-se em especial na física de altas energias e na sua aplicação para procurar novos fenómenos de física, isto é, processos não previstos pelo modelo padrão da física de partículas.
Encontrar uma agulha num palheiro
“Pegamos em técnicas que são desenvolvidas na área da computação quântica e estudamos a sua aplicação à física das partículas”, avança Miguel Caçador. Do CERN, o maior acelerador de partículas do mundo, vêm muitos dados e descobrir os realmente interessantes é mais difícil do que encontrar uma agulha num palheiro, frisa. A ideia é criarem um modelo que distinga os eventos vindos de fenómenos físicos conhecidos dos que possam sinalizar algo de novo.
Para comparar de forma justa modelos de machine learning clássico e QML, os cientistas fizeram um estudo sistemático dos métodos de análise tradicionais de complexidade similar aos algoritmos quânticos usados. O desempenho entre os modelos foi semelhante, o que “é promissor face ao actual estado atual dos computadores quânticos”, diz Gabriela Oliveira.
Para Nuno Castro, este projecto mostra que o envolvimento de estudantes de licenciatura e mestrado na investigação é estratégico para o ensino e aprendizagem das ciências experimentais, permitindo aos estudantes iniciarem-se na actividade científica e desenvolverem as competências que irão posteriormente usar nas suas carreiras profissionais. O estudo envolveu ainda Miguel Crispim Romão e Inês Ochoa, ambos do LIP.
Os investigadores portugueses, sobretudo do LIP e de academias como a Escola de Ciências da Universidade do Minho, colaboram no CERN há muitos anos, tendo tido um papel fulcral na construção do calorímetro hadrónico do detetor ATLAS, no sistema de trigger do acelerador CMS, bem como nas medidas de precisão das propriedades do quark top, na descoberta do bosão de Higgs, na primeira observação directa do acoplamento entre aquelas duas partículas e, ainda, na pesquisa de novas partículas elementares. O CERN possui um túnel circular de 27 quilómetros e a 100 metros de profundidade, na fronteira franco-suíça.
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