양자 실험과 고성능 컴퓨팅: 새로운 방법을 통해 복잡한 계산을 매우 빠르게 완료할 수 있습니다.

파더본 대학의 과학자들은 처음으로 대규모 고성능 컴퓨팅(HPC)을 사용하여 양자 광자 실험을 분석했습니다. 구체적으로 말하면, 이는 양자 검출기에서 실험 데이터를 단층 촬영으로 재구성하는 것을 포함합니다. 이는 개별 광자, 즉 빛 입자를 측정하는 장치입니다. 관련 연구원들은 이를 달성하기 위해 새로운 HPC 소프트웨어를 개발했습니다. 그들의 연구 결과는 이제 전문 저널인 Quantum Science and Technology에 게재되었습니다.

메가스케일 광자 양자 검출기의 양자 단층촬영

고해상도 광자 검출기는 양자 연구에 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 이러한 장치를 측정 목적으로 효과적으로 사용하려면 이러한 장치를 정확하게 특성화하는 것이 필수적이며, 지금까지 그렇게 하는 것은 어려운 일이었습니다. 이는 양자 역학적 구조를 무시하지 않고 분석해야 하는 방대한 양의 데이터가 포함되기 때문입니다. 이러한 데이터 세트를 처리하는 데 적합한 도구는 미래의 응용 프로그램에 특히 중요합니다. 기존 접근 방식은 특정 규모를 넘어서는 양자 시스템의 동일한 계산을 수행할 수 없지만, Paderborn의 과학자들은 특성화 및 인증 작업에 고성능 컴퓨팅을 사용하고 있습니다.

"HPC를 사용하여 오픈소스 맞춤형 알고리즘을 개발함으로써, 우리는 대규모 양자 광자 검출기에서 양자 단층촬영을 수행합니다." 컴퓨터 과학자 로버트 샤데 박사와 PhoQS(Institute for Photonic Quantum Systems) 및 PC2(Paderborn Center for Parallel Computing)의 동료들과 함께 논문을 쓴 물리학자 티몬 샤펠러가 설명합니다. 파더보른 대학교의 학제간 연구 프로젝트인 PC2는 HPC 시스템을 운영합니다. 이 대학교는 독일의 국가 고성능 컴퓨팅 센터 중 하나이므로 대학 고성능 컴퓨팅의 최전선에 서 있습니다.

'전례 없는 규모'

"이 발견은 확장 가능한 양자 광자학 분야에서 분석되는 시스템의 규모에 대한 완전히 새로운 지평을 열고 있습니다. 이는 예를 들어 광자 양자 컴퓨터 하드웨어를 특성화하는 것과 같은 더 광범위한 의미를 갖습니다." 샤펠러는 계속해서 말했습니다. 연구자들은 광자 검출기를 설명하기 위한 계산을 단 몇 분 만에 수행할 수 있었습니다. 그 어느 때보다 빠른 속도였습니다. 이 시스템은 또한 엄청난 양의 데이터를 포함하는 계산을 매우 빠르게 완료했습니다. 샤펠러: "이것은 이 도구가 양자 광자 시스템에 사용될 수 있는 전례 없는 규모를 보여줍니다. 우리가 아는 한, 우리의 연구는 대규모 실험적 양자 광자학을 가능하게 하는 기존 고성능 컴퓨팅 분야에 대한 첫 번째 기여입니다. 이 분야는 양자 광자 실험에서 양자 우월성을 입증하는 데 있어 점점 더 중요해질 것입니다. 그리고 기존 수단으로는 계산할 수 없는 규모에서 말입니다."

기초 연구로 미래를 형성하다

Schapeler는 Tim Bartley 교수가 이끄는 Mesoscopic Quantum Optics 연구 그룹의 박사 과정 학생입니다. 이 팀은 빛의 양자 상태와 그 응용 분야의 기본 물리학을 연구합니다. 이러한 상태는 수십, 수백 또는 수천 개의 광자로 구성됩니다. Bartley는 "규모가 중요합니다. 이는 양자 시스템이 기존 시스템에 비해 근본적인 이점을 가지고 있음을 보여주기 때문입니다. 측정 기술, 데이터 처리 및 통신을 포함한 많은 분야에서 명확한 이점이 있습니다."라고 설명합니다. 양자 연구의 주요 분야는 Paderborn University의 주요 분야 중 하나입니다. 존경받는 전문가들은 미래의 특정 응용 분야를 형성하기 위한 기초 연구를 수행하고 있습니다.

파더본 대학교의 양자 연구에 대한 자세한 내용은 다음에서 확인할 수 있습니다.

https://www.uni-paderborn.de/en/topic/퀀텀-research

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/10/241024131911.htm