Wissenschaftler*innen am Institut für Photonische Quantensysteme (PhoQS) und dem Paderborner Zentrum für Paralleles Rechnen (PC2) der Universit?t Paderborn haben ein leistungsf?higes Open-Source-Software-Tool entwickelt, das die Simulation von Lichtverhalten in Quantensystemen erm?glicht. Das Besondere: Mit ?Phoenix“, so der Name, k?nnen Forscher*innen komplexe Effekte innerhalb kürzester Zeit in bisher ungekannter Detailtiefe untersuchen – ohne dass dafür Kenntnisse im Hochleistungsrechnen erforderlich sind. Die Ergebnisse wurden jetzt in der renommierten Fachzeitschrift ?Computer Physics Communications “ ver?ffentlicht.
Phoenix l?st Gleichungen, die beschreiben, wie Licht mit Materie auf Quantenniveau interagiert. Das ist für das Verst?ndnis und die Gestaltung zukünftiger Technologien wie Quantencomputer und fortschrittliche photonische Ger?te unerl?sslich. ?Konkret geht es um sogenannte nichtlineare Schr?dinger- und Gross-Pitaevskii-Gleichungen in zwei r?umlichen Dimensionen. Dank seiner Konzeption kann Phoenix auf Standard-Laptops oder Hochleistungs-GPUs laufen und ist bis zu tausendmal schneller und bis zu 99,8 Prozent energiesparender als herk?mmliche Tools“, erkl?rt Prof. Dr. Stefan Schumacher vom PhoQS.
Phoenix ist kostenlos und für Forscher*innen auf der ganzen Welt verfügbar. Die Software wird bereits verwendet, um neue physikalische Effekte in seltenen Quantenzust?nden von Licht zu erforschen und kann Wissenschaftler*innen dabei helfen, Licht auf den kleinsten Skalen besser zu verstehen und zu kontrollieren.
Der Erstautor der aktuellen Studie, Doktorand Jan Wingenbach, erg?nzt: ?Die Optimierung auf das derzeitige Niveau war nur durch unsere enge Zusammenarbeit mit den HPC-Experten vom PC2 m?glich." HPC – also High Performance Computing – geh?rt zu den zentralen Forschungsschwerpunkten der Universit?t Paderborn, die nicht nur eine lange Tradition und einschl?gige Expertise im Bereich der rechnergestützten Wissenschaften hat, sondern gleichzeitig hochmoderne Infrastruktur auf Weltklasseniveau bietet. Ein Gro?teil der Rechenkapazit?t wird im Rahmen des Nationalen Hochleistungsrechnens (NHR) für Forschende aus dem gesamten Bundesgebiet bereitgestellt. Erst kürzlich schaffte es der neue Paderborner Supercomputer ?Otus“ auf der ISC in Hamburg, der internationalen Messe für High Performance Computing, künstliche Intelligenz, Data Analytics und Quantencomputing, auf Platz 5 der sogenannten ?Green 500“, der Liste der weltweit effizientesten Rechnersysteme.
Das PhoQS setzt weltweit Akzente im Bereich der Photonik und Quantenforschung. Dank eines interdisziplin?ren Teams von Expert*innen aus den Bereichen Physik, Mathematik, Informatik und Elektrotechnik betreibt es exzellente Forschung in den Bereichen Quantensimulation, -kommunikation, -metrologie und -computing. Im vergangenen Jahr hat der erste lichtbasierte Quantencomputer Deutschlands (PaQS) seine Arbeit in Paderborn aufgenommen.
?Diese Synergie zwischen Spitzenforschung in der Quantenphotonik und dem Hochleistungsrechnen hat es uns erm?glicht, die Grenzen der Rechenleistung und -f?higkeit zu erweitern", fügt Dr. Robert Schade, wissenschaftlicher Mitarbeiter und HPC-Experte am PC2, hinzu. Vorl?ufige Versionen des Phoenix-Codes haben bereits zu wichtigen Durchbrüchen in der Quantenphotonik beigetragen. Das Programm wird laut Team ein wichtiges Rechenwerkzeug für die Erforschung neuer photonischer Zust?nde und ihrer Wechselwirkungen bieten.
Zum Paper: www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0010465525001912
Weitere Informationen und Zugang zu Phoenix: https://github.com/Schumacher-Group-UPB/PHOENIX
