Учёные представили мощный инструмент для моделирования квантовых систем

Схема шагов RK4. Тёмно-зелёные объекты обозначают буферы с действительными или комплексными числами, а синие — выполнение ядра. Автор: Computer Physics Communications (2025). DOI: 10.1016/j.cpc.2025.109689

Исследователи из Института фотонных квантовых систем (PhoQS) и Центра параллельных вычислений (PC2) Университета Падерборна разработали мощное открытое программное обеспечение для моделирования поведения света в квантовых системах.

Уникальность инструмента под названием «Phoenix» заключается в том, что учёные могут использовать его для быстрого исследования сложных эффектов с уровнем детализации, ранее недоступным, причём без необходимости знаний в области высокопроизводительных вычислений. Результаты работы опубликованы в журнале Computer Physics Communications.

Phoenix решает уравнения, описывающие взаимодействие света с веществом на квантовом уровне, что крайне важно для понимания и разработки будущих технологий, таких как квантовые компьютеры и передовые фотонные устройства.

«Более конкретно, мы рассматриваем нелинейные уравнения Шрёдингера и Гросса-Питаевского в двумерном пространстве. Благодаря своей архитектуре Phoenix может работать как на обычных ноутбуках, так и на высокопроизводительных GPU, при этом он до тысячи раз быстрее и на 99,8% энергоэффективнее традиционных инструментов», — объясняет профессор Штефан Шумахер из PhoQS.

Программа доступна исследователям по всему миру бесплатно. Уже сейчас Phoenix используется для изучения новых физических эффектов в редких квантовых состояниях света и помогает учёным лучше понимать и контролировать свет на микроскопическом уровне.

«Оптимизация до текущего уровня стала возможной только благодаря тесному сотрудничеству с экспертами по высокопроизводительным вычислениям из PC2», — добавляет Ян Вингенбах, аспирант и ведущий автор исследования.

«Синергия передовых исследований в квантовой фотонике и высокопроизводительных вычислений позволила нам расширить границы вычислительных возможностей», — отмечает доктор Роберт Шаде, научный сотрудник и эксперт по HPC в PC2.

Предварительные версии кода Phoenix уже способствовали важным прорывам в квантовой фотонике. По словам разработчиков, программа станет важным инструментом для исследований новых фотонных состояний и их взаимодействий.

Дополнительная информация: Ян Вингенбах и др., PHOENIX – высокооптимизированный и энергоэффективный решатель двумерных нелинейных уравнений Шрёдингера с интегрированными расширениями, Computer Physics Communications (2025). DOI: 10.1016/j.cpc.2025.109689
Доступ к Phoenix: https://github.com/Schumacher-Group-UPB/PHOENIX

Источник: Университет Падерборна