Wissenschaftler am Institut für Photonische Quantensysteme (PhoQS) und dem Paderborner Zentrum für Paralleles Rechnen (PC2) der Universität Paderborn haben ein Open-Source-Software-Tool entwickelt, das die Simulation von Lichtverhalten in Quantensystemen ermöglicht. Mit ‚Phoenix‘, so der Name, können Forscher komplexe Effekte innerhalb kurzer Zeit detailreicher untersuchen als bisher- ohne, dass dafür Kenntnisse im Hochleistungsrechnen erforderlich sind. Die Ergebnisse wurden nun in der renommierten Fachzeitschrift ‚Computer Physics Communications‘ veröffentlicht.
Phoenix löst Gleichungen, die beschreiben, wie Licht mit Materie auf Quantenniveau interagiert. Laut der Forschenden ist dies für das Verständnis und die Gestaltung zukünftiger Technologien wie Quantencomputern und fortschrittlichen photonischen Geräten unerlässlich. „Konkret geht es um sogenannte nichtlineare Schrödinger- und Gross-Pitaevskii-Gleichungen in zwei räumlichen 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 herkömmliche Tools“, erklärt Prof. Dr. Stefan Schumacher vom PhoQS.
Für Forschende kostenlos verfügbar
Phoenix ist kostenlos und für Forscher auf der ganzen Welt verfügbar. Die Software wird bereits verwendet, um neue physikalische Effekte in seltenen Quantenzuständen von Licht zu erforschen und unterstützt Wissenschaftler dabei, Licht auf den kleinsten Skalen besser zu verstehen und zu kontrollieren.
„Die Optimierung auf das derzeitige Niveau war nur durch unsere enge Zusammenarbeit mit den HPC-Experten vom PC2 möglich“, sagt der Erstautor der aktuellen Studie, Doktorand Jan Wingenbach. HPC (High Performance Computing) gehört zu den zentralen Forschungsschwerpunkten der Universität Paderborn. Ein Großteil der dort verfügbaren Rechenkapazität 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, einer 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.
