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Spinsim:用于模拟自旋半与自旋一量子系统的 GPU 优化 Python 包

量子物理 2023-03-22 v1 量子气体

摘要

Spinsim python 包依据含时薛定谔方程模拟自旋半与自旋一量子力学系统。它利用 numba.cuda,即用于 Nvidia Cuda 兼容系统、采用 GPU 并行化的 LLVM(Low Level Virtual Machine)编译器。结合其他优化,与行业标准包相比,这可在保持同等精度的同时带来 3 至 4 个数量级的加速。它可在 PyPI 上安装,源代码发布于 github。Spinsim 的初始用例将是为莫纳什大学物理与天文学院自旋玻色-爱因斯坦凝聚体(spinor BEC)实验室模拟基于量子传感的超冷原子实验,但我们预期它对于模拟任何具有无法解析求解的含时哈密顿量的自旋半或自旋一量子系统均有所助益。这些系统出现在核磁共振(NMR)、核四极共振(NQR)与磁共振成像(MRI)实验及量子传感领域,以及氮空位中心(NVCs)、超冷原子与 BECs 等自旋一系统中。

关键词

引用

@article{arxiv.2204.05586,
  title  = {Spinsim: a GPU optimized python package for simulating spin-half and spin-one quantum systems},
  author = {Alex Tritt and Joshua Morris and Joel Hochstetter and R. P. Anderson and James Saunderson and L. D. Turner},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2204.05586},
  year   = {2023}
}

备注

20 pages, 4 figures. Software metapaper for https://github.com/alexander-tritt-monash/spinsim