Das Open Quantum Dynamics Lab

Quantenmechanik und statistische Physik spielen eine grundlegende Rolle im Bereich der Biophysik und der Licht-Materie Wechselwirkung: in der Photosynthese werden elektronische Zustände durch Lichteinfang angeregt, die dann einen Teil der Anregungsenergie an molekulare Schwingungen abgeben. Dadurch wird die anfängliche Kohärenz zerstört und ein Ladungstransport und eine Ladungstrennung erreicht. Ähnliche Prozesse finden auch in der Quanteninformations-Verarbeitung statt. An die Stelle der Moleküle treten supraleitende Schaltkreise, die als Qubits verschränkt sind, bis durch Umgebungseinflüsse dieser Zustand aufgehoben wird. Die Berechnung der genauen Dynamik in solchen offenen Quantensystemen auf klassischen Computern ist aufwendig und nur in wenigen Software Paketen voll implementiert. Die üblichen Nährungsmethoden (Vernachlässigung der Verschränkung von System und Umgebung, keine zeitliche Korrelationen, etc) können die Details der Dynamik oft nur unzureichend erfassen und liefern damit keine zuverlässigen Erklärungen und Vorhersagen. Im Rahmen des open quantum dynamics lab stellen wir die in unseren vorherigen Projekten konzipierte, skalierbare und performante Software auf http://openquantumlab.de zur freien Verfügung. Das Programmpaket ermöglicht die Simulation sowohl der kohärenten Dynamik, als auch die Berechnung von Zeit und Frequenz aufgelösten Spektren. Das aktuelle Vorhaben vereinfacht die Anwendung der Programme und befördert damit die nachhaltige Entwicklung und Erweiterung. Zukünftige Nutzerinnen und Nutzer aus verschiedenen Fachgebieten werden sowohl in die physikalische Methodik wie auch in die Code Entwicklung eingeführt. Dies geschieht durch eine ausführlichen Dokumentation, mittels Tutorien und Blog-Einträgen. Python basierte Schnittstellen erlauben eine einfache Handhabung der Eingaben und eine interaktive Visualisierung der Berechnungen. Die Projektergebnisse dienen als Referenz für reproduzierbare und verifizierbare Ergebnisse der Quantenphysik offener Systeme.