Paderborn Üniversitesi’nden bilim adamları, bir kuantum fotonik deneyini analiz etmek için büyük ölçekte yüksek performanslı bilgi işlem (HPC) kullandılar. Özellikle bu, bireysel fotonları ölçen bir kuantum detektöründen elde edilen deneysel verilerin tomografik olarak yeniden yapılandırılmasını içeriyordu.
Araştırmacılar bu hedefe ulaşmak için yeni HPC yazılımı geliştirdiler ve sonuçları Quantum Science and Technology dergisinde yayınlandı.
Yüksek çözünürlüklü foton dedektörleri kuantum araştırmalarında giderek daha fazla kullanılmaktadır ve bu cihazların doğru karakterizasyonu, ölçüm amacıyla etkin kullanımlarının anahtarıdır. Ancak bu zor bir iştir çünkü spesifik kuantum mekaniksel yapısı dikkate alınarak analiz edilmesi gereken çok büyük miktarda veri içerir.
Bu veri setlerinin işlenmesine yönelik uygun araçlar, gelecekteki uygulamalar için özellikle önemlidir. Geleneksel yaklaşımlar, belirli bir ölçeğin ötesinde kuantum sistemlerinde bu tür hesaplamaları gerçekleştiremez ancak Paderborn’lu bilim insanları, karakterizasyon ve sertifikasyon görevleri için yüksek performanslı bilgi işlem kullanıyor.
Makalenin yazarlarından biri olan fizikçi Timon Schapeler şöyle açıklıyor: “HPC kullanarak özel açık kaynaklı algoritmalar geliştirerek, mega ölçekli bir kuantum foton dedektörü üzerinde kuantum tomografi gerçekleştiriyoruz.” Sonuçlar, ölçeklenebilir kuantum fotonik alanında analiz edilen sistemlerin boyutu için yeni ufuklar açıyor ve örneğin fotonik kuantum bilgisayar donanımının karakterizasyonu için daha geniş çıkarımlara sahip.
Araştırmacılar, foton detektörünü tanımlamak için hesaplamalarını sadece birkaç dakika içinde, her zamankinden daha hızlı bir şekilde tamamlayabildiler. Sistem ayrıca büyük miktarda veri içeren hesaplamaları son derece hızlı bir şekilde tamamlayabildi. Schapeler şunları söylüyor: “Çalışmamız, bu aracın kuantum fotonik sistemlerle kullanılabileceği benzeri görülmemiş ölçeği gösteriyor. Bildiğimiz kadarıyla çalışmamız, deneysel kuantum fotoniğini büyük ölçekte mümkün kılan geleneksel yüksek performanslı bilgi işlem alanına yapılan ilk katkıdır.”
Kuantum fotonik deneylerinde kuantum üstünlüğünü geleneksel yöntemlerle hesaplanamayacak bir ölçekte gösterme söz konusu olduğunda bu alan daha da önemli hale gelecektir. Mesoskopik Kuantum Optiği araştırma grubunun lideri Profesör Tim Bartley şöyle açıklıyor: “Ölçek önemlidir çünkü kuantum sistemlerinin geleneksel sistemlere göre temel avantajını gösterir. Ölçüm teknolojisi, veri işleme ve iletişim de dahil olmak üzere pek çok alanda açık avantajlar var.”
