Квантовий прорив

Вчені здійснили революційний крок у сфері квантової фотоніки, використовуючи потужність високопродуктивних обчислень для аналізу квантових детекторів на безпрецедентному рівні.

Їхній інноваційний підхід, заснований на томографічній реконструкції експериментальних даних, дозволяє швидко та ефективно характеризувати фотонні детектори. Цей прорив обіцяє значно покращити квантові дослідження та відкриває шлях для розробки передових застосувань у квантових обчисленнях та комунікаціях.

Про це йдеться в публікації scitechdaily.com

Квантовий стрибок завдяки суперкомп'ютерам

Вперше вчені з Університету Падерборна застосували високопродуктивні обчислення (HPC) у великих масштабах для аналізу експерименту з квантової фотоніки. Зокрема, вони використали томографічні методи для реконструкції експериментальних даних з квантового детектора – пристрою, здатного вимірювати окремі фотони або частинки світла. 

Для цього дослідницька група розробила інноваційне HPC-програмне забезпечення. Їхні новаторські результати були опубліковані в журналі Quantum Science and Technology.

Нові горизонти в квантовій характеристиці

Високороздільні фотонні детектори стають незамінними інструментами в квантових дослідженнях, але точна характеристика цих пристроїв є складним завданням через величезні обсяги даних. 

Аналіз цих даних збереженням їх квантово-механічної цілісності є критично важливим для ефективних вимірювань та майбутніх застосувань. Традиційні методи не справляються зі складними обчисленнями, необхідними для великомасштабних квантових систем, але дослідники з Падерборна вирішують цю проблему, використовуючи високопродуктивні обчислення для детальної характеристики та сертифікації.

Масштабування нових висот у квантових дослідженнях

«Розробивши власні алгоритми з відкритим кодом за допомогою HPC, ми виконуємо квантову томографію на мегамасштабному квантовому фотонному детекторі», – пояснює фізик Тімон Шапелер, який співпрацював з комп’ютерним вченим доктором Робертом Шаде та колегами з Інституту фотонних квантових систем (PhoQS) та Центру паралельних обчислень Падерборна (PC2). PC2, міждисциплінарний проект в Університеті Падерборна, керує системами HPC. 

Як один із національних центрів високопродуктивних обчислень Німеччини, Університет Падерборна стоїть на передньому краю розвитку можливостей HPC в академічних колах.

«Ці результати відкривають абсолютно нові горизонти для масштабування систем, що аналізуються в галузі масштабованої квантової фотоніки.

 Це має ширші наслідки, наприклад, для характеристики апаратного забезпечення фотонних квантових комп’ютерів», – продовжує Шапелер. Дослідники змогли виконати свої розрахунки для опису фотонного детектора всього за кілька хвилин – швидше, ніж будь-коли раніше. Система також змогла дуже швидко виконати розрахунки з величезними обсягами даних.

Квантовий прорив: Суперкомп'ютери відкривають нові горизонти

Вчені здійснили революційний крок у сфері квантової фотоніки, використовуючи потужність високопродуктивних обчислень для аналізу квантових детекторів на безпрецедентному рівні.

Їхній інноваційний підхід, заснований на томографічній реконструкції експериментальних даних, дозволяє швидко та ефективно характеризувати фотонні детектори. Цей прорив обіцяє значно покращити квантові дослідження та відкриває шлях для розробки передових застосувань у квантових обчисленнях та комунікаціях.

Квантовий стрибок завдяки суперкомп'ютерам

Вперше вчені з Університету Падерборна застосували високопродуктивні обчислення (HPC) у великих масштабах для аналізу експерименту з квантової фотоніки. Зокрема, вони використали томографічні методи для реконструкції експериментальних даних з квантового детектора – пристрою, здатного вимірювати окремі фотони або частинки світла. Для цього дослідницька група розробила інноваційне HPC-програмне забезпечення. Їхні новаторські результати були опубліковані в журналі Quantum Science and Technology.

Нові горизонти в квантовій характеристиці

Високороздільні фотонні детектори стають незамінними інструментами в квантових дослідженнях, але точна характеристика цих пристроїв є складним завданням через величезні обсяги даних. Аналіз цих даних збереженням їх квантово-механічної цілісності є критично важливим для ефективних вимірювань та майбутніх застосувань. Традиційні методи не справляються зі складними обчисленнями, необхідними для великомасштабних квантових систем, але дослідники з Падерборна вирішують цю проблему, використовуючи високопродуктивні обчислення для детальної характеристики та сертифікації.

Масштабування нових висот у квантових дослідженнях

Розробивши власні алгоритми з відкритим кодом за допомогою HPC, ми виконуємо квантову томографію на мегамасштабному квантовому фотонному детекторі», – пояснює фізик Тімон Шапелер, який співпрацював з комп’ютерним вченим доктором Робертом Шаде та колегами з Інституту фотонних квантових систем (PhoQS) та Центру паралельних обчислень Падерборна (PC2). PC2, міждисциплінарний проект в Університеті Падерборна, керує системами HPC. Як один із національних центрів високопродуктивних обчислень Німеччини, Університет Падерборна стоїть на передньому краю розвитку можливостей HPC в академічних колах.

Ці результати відкривають абсолютно нові горизонти для масштабування систем, що аналізуються в галузі масштабованої квантової фотоніки. Це має ширші наслідки, наприклад, для характеристики апаратного забезпечення фотонних квантових комп’ютерів», – продовжує Шапелер. Дослідники змогли виконати свої розрахунки для опису фотонного детектора всього за кілька хвилин – швидше, ніж будь-коли раніше. Система також змогла дуже швидко виконати розрахунки з величезними обсягами даних.
«Це демонструє безпрецедентний масштаб, на якому цей інструмент може бути використаний з квантовими фотонними системами. Наскільки нам відомо, наша робота є першим внеском у галузь традиційних високопродуктивних обчислень, що дозволяє експериментальну квантову фотоніку у великих масштабах. Ця галузь стане все більш важливою, коли справа дійде до демонстрації квантової переваги в квантових фотонних експериментах – і в масштабі, який не може бути розрахований традиційними методами», – зазначає Шапелер

Формування майбутнього з фундаментальними дослідженнями

Шапелер є аспірантом у дослідницькій групі Мезоскопічної квантової оптики під керівництвом професора Тіма Бартлі. Ця команда проводить дослідження фундаментальної фізики квантових станів світла та його застосувань. Ці стани складаються з десятків, сотень або тисяч фотонів.

Масштаб має вирішальне значення, оскільки це ілюструє фундаментальну перевагу, яку квантові системи мають над традиційними. Є чітка перевага в багатьох областях, включаючи технологію вимірювань, обробку даних та комунікації», – пояснює Бартлі. Основна дисципліна квантових досліджень є однією з флагманських галузей Університету Падерборна. Визнані експерти проводять фундаментальні дослідження, щоб сформувати конкретні застосування майбутнього.

Цей прорив у галузі квантової фотоніки, досягнутий завдяки використанню високопродуктивних обчислень, відкриває нові горизонти для розвитку квантових технологій. Завдяки здатності аналізувати величезні обсяги даних, отриманих від квантових детекторів, вчені зможуть створювати більш складні та ефективні квантові системи. 

Це, в свою чергу, прискорить розвиток квантових комп'ютерів, які обіцяють революціонізувати різноманітні галузі, від фармацевтики до матеріалознавства. Таким чином, поєднання квантової фізики та потужних обчислювальних ресурсів відкриває шлях до створення нових технологій, які можуть змінити світ, і він не буду вже таким яким ми його знаємо.

Ключові слова: квантовий комп'ютер, майбутнє, технологій, 

------

Автор -  Andrii Dydyk для  RSSHub ( rss.lviv.ua)