Por primera vez, científicos de la Universidad de Paderborn utilizaron computación de alto rendimiento (HPC) a gran escala para analizar un experimento de fotónica cuántica. En concreto, se trata de la reconstrucción tomográfica de datos experimentales procedentes de un detector cuántico. Es un instrumento que mide fotones individuales o partículas de luz. Para lograrlo, los investigadores involucrados desarrollaron un nuevo software HPC. Sus hallazgos se han publicado ahora en una revista especializada. Ciencia y tecnología cuánticas.
Tomografía cuántica en detectores cuánticos fotónicos a megaescala.
Los detectores de fotones de alta resolución se utilizan cada vez más en la investigación cuántica. Caracterizar estos dispositivos es fundamental si se quiere utilizarlos eficazmente con fines de medición, y hasta ahora ha sido un desafío. Esto se debe a que se trata de una enorme cantidad de datos que deben analizarse sin descuidar su estructura mecánico cuántica. Las herramientas adecuadas para procesar estos conjuntos de datos son particularmente importantes para aplicaciones futuras. Si bien los métodos convencionales no pueden realizar el tipo de computación de sistemas cuánticos más allá de cierta escala, los científicos de Paderborn están utilizando computación de alto rendimiento para tareas de caracterización y certificación.
“Al desarrollar un algoritmo personalizado de código abierto utilizando HPC, realizamos tomografía cuántica en un detector fotónico cuántico a megaescala”, explica el físico Timon Schepler, quien junto con el científico informático Dr. Robert Shade y PhoQS (Inst. Tuet for Photonic Quantum Systems) escribieron el artículo. papel con colegas. y PC2 (Centro de Computación Paralela de Paderborn). PC2, un proyecto de investigación interdisciplinario de la Universidad de Paderborn, opera sistemas HPC. La universidad es uno de los centros nacionales de informática de alto rendimiento de Alemania y, por tanto, está a la vanguardia de la informática universitaria de alto rendimiento.
‘escala sin precedentes’
“Los resultados abren horizontes completamente nuevos para el tamaño de los sistemas analizados en el campo de la fotónica cuántica escalable. Esto tiene implicaciones de gran alcance, por ejemplo para la caracterización del hardware de los ordenadores cuánticos fotónicos”, continúa Scheppeler. Los investigadores pudieron realizar sus cálculos para definir el detector de fotones en tan solo unos minutos, más rápido que nunca. El sistema también pudo completar muy rápidamente cálculos que implicaban grandes cantidades de datos. Schepeler: “Esto demuestra la escala sin precedentes a la que se puede utilizar esta herramienta con sistemas fotónicos cuánticos. Hasta donde sabemos, nuestro trabajo es el primero en el campo de la computación convencional de alto rendimiento en hacer esto a gran escala. La fotónica cuántica será cada vez más importante cuando se trate de demostrar la supremacía cuántica en experimentos fotónicos cuánticos, y en una escala que no se puede calcular por medios convencionales”.
Dar forma al futuro con la investigación básica
Schepeler es estudiante de doctorado en el Grupo de Investigación de Óptica Cuántica Mesoscópica dirigido por el profesor Tim Bartley. El equipo investiga la física fundamental de los estados cuánticos de la luz y sus aplicaciones. Estos estados constan de decenas, cientos o miles de fotones. “La escala es muy importante porque define la ventaja fundamental que tienen los sistemas cuánticos sobre los sistemas convencionales. Hay una clara ventaja en muchas áreas, incluida la tecnología de medición, el procesamiento de datos y las comunicaciones”, explica Bartley. La principal disciplina de la investigación cuántica es uno de los campos emblemáticos de la Universidad de Paderborn. Expertos respetados están llevando a cabo investigaciones fundamentales para dar forma a aplicaciones específicas del futuro.
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