研究人员使用高性能计算分析量子光子学实验
发布时间：2024-10-25 13:31:22 阅读数： 58
帕德伯恩大学的科学家们首次使用高性能计算（图片右侧为帕德伯恩超级计算机Noctua）来大规模分析量子光子学实验
帕德伯恩大学的科学家们有史以来首次大规模地运用高性能计算（HPC）来分析量子光子学实验。具体而言，这涉及到量子探测器实验数据的层析重建，量子探测器是一种用于测量单个光子的装置。研究人员开发了新的高性能计算软件以实现这一目标，他们的研究成果已经发表在《量子科学与技术》杂志上。
超大尺度光子量子探测器的量子层析成像研究
高分辨率光子探测器在量子研究中的应用日益广泛。若要使这些设备有效地用于测量目的，对其特性进行精确描述至关重要，然而到目前为止，这一直是一项挑战。这是因为该过程涉及大量数据，且需要在不忽略其量子力学结构的情况下进行分析。处理这些数据集的合适工具对未来应用尤为重要。虽然传统方法无法在一定规模之外对量子系统进行同类计算，但帕德博恩的科学家们正利用高性能计算来执行表征和认证任务。物理学家 Timon Schapeler 与计算机科学家 Robert Schade 博士以及来自 PhoQS（光子量子系统研究所）和 PC2（帕德博恩并行计算中心）的同事共同撰写了这篇论文，他解释说：“通过使用高性能计算开发开源定制算法，我们在超大规模量子光子探测器上进行量子断层扫描。”PC2 是帕德博恩大学的一个跨学科研究项目，负责操作高性能计算系统。该大学是德国国家高性能计算中心之一，因而处于大学高性能计算的前沿。
“空前规模”
“这些发现为可扩展量子光子学领域分析系统的大小开辟了全新的视野。这具有更广泛的意义，例如，对光子量子计算机硬件进行表征，”Schapeler 继续说道。研究人员能够在短短几分钟内完成对光子探测器的计算，速度比以往任何时候都快。该系统还能以极快的速度完成涉及大量数据的计算。Schapeler 说：“这表明这个工具可用于量子光子系统的前所未有的规模。据我们所知，我们的工作是对传统高性能计算领域的第一个贡献，使得实验量子光子学能够大规模地实现。”
“当涉及到在量子光子实验中展示量子霸权时，这个领域将变得越来越重要 —— 而且是在传统方法无法计算的规模上。”
用基础研究塑造未来
Schapeler 是 Tim Bartley 教授领导的 “介观量子光学” 研究小组的博士生。这个团队研究光的量子态及其应用的基本物理学。这些状态由数十个、数百个或数千个光子组成。“规模是至关重要的，因为这说明了量子系统比传统系统拥有的基本优势。Bartley 解释说：“在许多领域，包括测量技术、数据处理和通信，都有明显的好处。”
