- 19,444
- 40
- 8 Ноя 2022
То, что вчера считалось неподъёмным даже для суперкомпьютеров, сегодня рассчитывается на ноутбуке.
Учёные из Института фотонных квантовых систем (PhoQS) и Центра параллельных вычислений (PC2) при Падерборнском университете разработали инструмент, способный радикально упростить моделирование поведения света в квантовых средах. Речь идёт о программной платформе под названием Phoenix — открытом и свободно распространяемом решении, которое делает доступным сложнейший расчёт фотонных эффектов не только для специалистов в области суперкомпьютеров, но и для исследователей с обычными ноутбуками.
В отличие от большинства существующих симуляторов, требующих специализированного оборудования и глубоких знаний в области Для просмотра ссылки Войдиили Зарегистрируйся , Phoenix позволяет с высокой скоростью и точностью решать уравнения, описывающие взаимодействие света с веществом на квантовом уровне. Разработчики подчёркивают: теперь стало возможно рассматривать процессы, ранее остававшиеся вне досягаемости как по вычислительной сложности, так и по уровню детализации. Причём пользователю не требуется погружаться в технические тонкости архитектуры GPU или оптимизации памяти — все ключевые аспекты производительности реализованы внутри самого инструмента.
В основе Phoenix лежит решение нелинейных уравнений Шрёдингера и Гросса–Питаевского в двумерном пространстве. Эти уравнения описывают эволюцию квантового состояния фотонного поля с учётом нелинейных эффектов среды — например, самофокусировки или формирования солитонов, возникающих при высоких плотностях энергии. Такие процессы особенно важны при проектировании Для просмотра ссылки Войдиили Зарегистрируйся , Для просмотра ссылки Войди или Зарегистрируйся и компонентов Для просмотра ссылки Войди или Зарегистрируйся . Благодаря применённым численным методам, платформа не просто воспроизводит известные явления, но и позволяет выявлять новые физические эффекты, связанные с экзотическими состояниями света.
Ключевое преимущество заключается в производительности: на тестах Phoenix показал ускорение расчётов в сотни и даже тысячи раз по сравнению с традиционными симуляторами. Энергоэффективность при этом достигает 99,8% по сравнению с аналогами. Это стало возможным благодаря тесному взаимодействию между физиками-теоретиками и экспертами в области параллельных вычислений из центра PC2, которые помогли довести алгоритмы до состояния, при котором симуляция столь сложных процессов становится возможной даже на потребительском уровне оборудования.
Особое внимание в проекте было уделено масштабируемости. Программа способна одинаково эффективно работать как на одиночных CPU-системах, так и на графических ускорителях, а также на кластерах с множеством узлов. Такой диапазон применимости делает Phoenix универсальным инструментом: он может быть использован как в академических лабораториях, так и в промышленной разработке оптических устройств, где требуется моделирование световых режимов с учётом квантовой нелинейности.
Уже сейчас программное обеспечение применяется в исследованиях редких фотонных состояний и взаимодействий света с высокоструктурированными средами. Например, оно помогает анализировать квантовые жидкости света, когерентные конденсаты и связанные с ними колебательные режимы, где наблюдаются коллективные эффекты, аналогичные поведению сверхтекучих систем. Это открывает новые направления в фотонной инженерии и теоретической оптике, позволяя строить модели, ранее доступные лишь в упрощённой или линейной форме.
Авторы подчёркивают, что ещё до официального релиза предварительные версии Phoenix уже использовались в ряде исследований, приведших к значимым научным публикациям в области квантовой фотоники. Ожидается, что дальнейшее развитие платформы сделает её ключевым элементом вычислительной инфраструктуры в этой дисциплине, наравне с крупными симуляторами, применяемыми в атомной и твердотельной физике.
Публикация в журнале Computer Physics Communications закрепила техническую основу проекта и зафиксировала открытый статус кода. Теперь любой исследователь может загрузить Phoenix, адаптировать его под свои задачи и использовать в собственных экспериментах. Такой подход не только ускоряет научную работу, но и способствует формированию открытого сообщества разработчиков и пользователей, где теория и вычислительная практика развиваются параллельно и взаимно обогащают друг друга.
Учёные из Института фотонных квантовых систем (PhoQS) и Центра параллельных вычислений (PC2) при Падерборнском университете разработали инструмент, способный радикально упростить моделирование поведения света в квантовых средах. Речь идёт о программной платформе под названием Phoenix — открытом и свободно распространяемом решении, которое делает доступным сложнейший расчёт фотонных эффектов не только для специалистов в области суперкомпьютеров, но и для исследователей с обычными ноутбуками.
В отличие от большинства существующих симуляторов, требующих специализированного оборудования и глубоких знаний в области Для просмотра ссылки Войди
В основе Phoenix лежит решение нелинейных уравнений Шрёдингера и Гросса–Питаевского в двумерном пространстве. Эти уравнения описывают эволюцию квантового состояния фотонного поля с учётом нелинейных эффектов среды — например, самофокусировки или формирования солитонов, возникающих при высоких плотностях энергии. Такие процессы особенно важны при проектировании Для просмотра ссылки Войди
Ключевое преимущество заключается в производительности: на тестах Phoenix показал ускорение расчётов в сотни и даже тысячи раз по сравнению с традиционными симуляторами. Энергоэффективность при этом достигает 99,8% по сравнению с аналогами. Это стало возможным благодаря тесному взаимодействию между физиками-теоретиками и экспертами в области параллельных вычислений из центра PC2, которые помогли довести алгоритмы до состояния, при котором симуляция столь сложных процессов становится возможной даже на потребительском уровне оборудования.
Особое внимание в проекте было уделено масштабируемости. Программа способна одинаково эффективно работать как на одиночных CPU-системах, так и на графических ускорителях, а также на кластерах с множеством узлов. Такой диапазон применимости делает Phoenix универсальным инструментом: он может быть использован как в академических лабораториях, так и в промышленной разработке оптических устройств, где требуется моделирование световых режимов с учётом квантовой нелинейности.
Уже сейчас программное обеспечение применяется в исследованиях редких фотонных состояний и взаимодействий света с высокоструктурированными средами. Например, оно помогает анализировать квантовые жидкости света, когерентные конденсаты и связанные с ними колебательные режимы, где наблюдаются коллективные эффекты, аналогичные поведению сверхтекучих систем. Это открывает новые направления в фотонной инженерии и теоретической оптике, позволяя строить модели, ранее доступные лишь в упрощённой или линейной форме.
Авторы подчёркивают, что ещё до официального релиза предварительные версии Phoenix уже использовались в ряде исследований, приведших к значимым научным публикациям в области квантовой фотоники. Ожидается, что дальнейшее развитие платформы сделает её ключевым элементом вычислительной инфраструктуры в этой дисциплине, наравне с крупными симуляторами, применяемыми в атомной и твердотельной физике.
Публикация в журнале Computer Physics Communications закрепила техническую основу проекта и зафиксировала открытый статус кода. Теперь любой исследователь может загрузить Phoenix, адаптировать его под свои задачи и использовать в собственных экспериментах. Такой подход не только ускоряет научную работу, но и способствует формированию открытого сообщества разработчиков и пользователей, где теория и вычислительная практика развиваются параллельно и взаимно обогащают друг друга.
- Источник новости
- www.securitylab.ru
