Космические симуляции, требовавшие суперкомпьютеров, теперь работают на ноутбуке

Международная команда исследователей разработала эмулятор Effort.jl, который способен воспроизводить сложные космологические симуляции с точностью оригинальных моделей, но за минуты на обычном ноутбуке вместо суперкомпьютера. Результаты исследования опубликованы в Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.

Раньше для анализа крупномасштабной структуры Вселенной с помощью моделей типа EFTofLSS (Эффективная теория поля крупномасштабной структуры) требовались огромные вычислительные ресурсы. С ростом объёмов астрономических данных (например, от инструментов DESI и Euclid) такие расчёты стали непрактичными.

Effort.jl использует нейронную сеть, которая обучается на уже вычисленных предсказаниях модели. Ключевое преимущество — алгоритм изначально включает знания о том, как меняются предсказания при изменении параметров, что значительно сокращает время обучения. Эмулятор также использует градиенты, что позволяет ему обучаться на меньшем количестве примеров.

«Представьте, что вы изучаете движение воды в стакане на микроскопическом уровне — это практически невозможно из-за взрывного роста вычислений. Но можно закодировать определённые свойства на микроуровне и увидеть их эффект на макроуровне. Именно это делает эффективная теория поля, где "водой" является Вселенная на очень больших масштабах», — объясняет Марко Боничи, ведущий автор исследования.

Тестирование показало, что Effort.jl обеспечивает точность, сопоставимую с оригинальной моделью, а в некоторых случаях даже превосходит её, включая ранее недоступные детали анализа. Инструмент уже готов для обработки данных от новых космических миссий, которые значительно углубят наше понимание Вселенной.