تحلیل فوتونیک کوانتومی با استفاده از رایانش با عملکرد بالا در مقیاس بزرگ برای نخستین بار
پژوهشگران دانشگاه پادربورن در آلمان نرم‌افزار رایانش با عملکرد بالا (HPC) توسعه داده‌اند که قادر است حالت‌های کوانتومی یک آشکارساز کوانتومی فوتونیک را تحلیل و توصیف کند.
رایانش با عملکرد بالا (HPC) شامل استفاده از کامپیوترهای کلاسیک پیشرفته برای مدیریت مجموعه‌های داده بزرگ، انجام محاسبات پیچیده و حل سریع مسائل چالش‌برانگیز است.
بیشتر رویکردهای محاسبات کلاسیک نمی‌توانند به طور مستقیم در کاربردهای کوانتومی استفاده شوند. با این حال، مطالعه جدید نشان می‌دهد که HPC می‌تواند برای توموگرافی کوانتومی —- تکنیکی که برای تعیین حالت کوانتومی یک سیستم کوانتومی استفاده می‌شود، مفید باشد.
در مطالعه جدید خود، پژوهشگران ادعا می‌کنند، «با توسعه الگوریتم‌های متن‌باز سفارشی با استفاده از رایانش با عملکرد بالا، ما توموگرافی کوانتومی را بر روی یک آشکارساز کوانتومی فوتونیک به مقیاس مگا انجام داده‌ایم.»
HPC امکان توموگرافی کوانتومی مقیاس مگا را می‌دهد
یک آشکارساز کوانتومی فوتونیک یک ابزار پیشرفته برای تشخیص و اندازه‌گیری ذرات نور (فوتون‌ها) است. این ابزار بسیار حساس است و می‌تواند اطلاعات دقیقی درباره خواص مختلف فوتون‌ها، مانند سطح انرژی یا قطبش آنها جمع‌آوری کند. این اطلاعات برای تحقیق، آزمایش‌ها و فناوری‌های کوانتومی بسیار مفید هستند.
تعیین دقیق حالت کوانتومی آشکارساز فوتونیک برای اندازه‌گیری‌های دقیق حیاتی است. با این حال، مقدار زیادی پردازش داده‌ها برای انجام توموگرافی کوانتومی این ابزار پیشرفته مورد نیاز است.
در اینجا است که نرم‌افزار HPC جدید می‌تواند مفید باشد. برای نشان دادن پتانسیل آن، نویسندگان مطالعه بیان می‌کنند، «ما توموگرافی کوانتومی را بر روی یک آشکارساز کوانتومی فوتونیک مقیاس مگا با پوشش یک فضای هیلبرت از ۱۰ ۶ انجام داده‌ایم.»
فضای هیلبرت یک چارچوب ریاضی است که یک فضای چندبعدی را توصیف می‌کند که در آن هر نقطه نماینده یک حالت ممکن از یک سیستم کوانتومی است.
این شامل یک ضرب داخلی برای محاسبه فواصل و زوایای بین حالت‌ها است، که برای مفاهیمی مانند احتمال و ابرپوشش ضروری است. این گونه فضاها می‌توانند ابعاد بی‌نهایت داشته باشند، که نماینده دامنه وسیعی از حالات ممکن هستند.
با استفاده از نرم‌افزار HPC، نویسندگان مطالعه موفق شدند «محاسباتی که آشکارساز فوتونیک کوانتومی را توصیف می‌کند، در چند دقیقه —- سریع‌تر از هر کس دیگری قبلاً —- تکمیل کنند.»
