AIが設計した重力波検出器は人間には理解しきれない仕組みがあったと判明

AIが考え人間が実験する流れが本格化してきた

私たちが住む宇宙では、ブラックホールが衝突したり超新星が爆発したりするような、途方もなく大きなエネルギーが関わる出来事が時々起こっています。

これらの“極端な天体現象”が発生すると、時空そのものがさざ波のように揺れ動く「重力波」が生じるのです。

アインシュタインがこの重力波を理論的に予言したのは1916年。

しかし、実際に人類がこれを観測装置で直接とらえることに成功したのは、その約100年後の2015年になってからでした。

重力波の発見によって、私たちは光（電磁波）やニュートリノとは違う全く新しい角度から宇宙をのぞく手段を手に入れ、これまで見えなかった天体現象や物理現象を調べられるようになったのです。

しかし、この重力波観測は言うまでもなく非常に困難です。

なにしろ時空のわずかな「ゆらぎ」を正確に検出しなくてはなりません。

代表的な検出器であるLIGO（レーザー干渉計重力波天文台）は、4kmにもおよぶ巨大なL字型トンネル（アーム）を使ったマイケルソン干渉計を基本としており、レーザー光が干渉するパターンを注意深く観測することで、時空の変化を捉えています。

さらに、感度を高めるためにレーザー光を再循環させたり、量子光学の技術を駆使してノイズを削ったり、あらゆる工夫を凝らしてきました。

それでもなお、目標とする精度には限界があり、もっと鋭い観測を可能にする新たな設計コンセプトが長らく求められていたのです。

そうした背景の中、研究者たちが着目したのが人工知能（AI）による自動設計というアプローチでした。

ドイツのマックスプランク光科学研究所（MPL）のマリオ・クレーン博士をはじめ、LIGOに関わる研究者らが共同で進めたこの取り組みでは、重力波検出器に関わるあらゆる配置や構成、パラメータの組み合わせを仮想的に総当たりし、最適なものを探索することを狙いました。

実際のところ、考え得る選択肢の数が膨大すぎて、人間が手作業で一つひとつ可能性を検証するのは事実上不可能です。

そこで彼らは「ユラニア（Urania）」と名付けられたAIアルゴリズムを開発し、コンピュータ上で無数の検出器デザインを試しつつ、より高性能な設計を見つけ出す実験を行ったのです。

この研究の最終目標は、現行のLIGOや、将来計画されている次世代の検出器（たとえばVoyagerなど）を超える性能、つまり重力波をさらに敏感にキャッチできるまったく新しい干渉計のアイデアを発見すること。

もしそんな画期的な設計が実用化できれば、宇宙を観測できる範囲が飛躍的に広がり、これまで捉えられなかったブラックホール衝突や超新星爆発の現場をのぞけるかもしれません。

そしてそれは、天文学や基礎物理学のさらなる大発展につながる大きな一歩になるのです。