清華新聞網(wǎng)11月20日電 美國時(shí)間11月18日下午,，2021年度“戈登·貝爾”獎(jiǎng)的謎底在密蘇里州圣路易斯舉行的全球超級計(jì)算大會(huì)（SC21）上揭曉，中國超算應(yīng)用團(tuán)隊(duì)?wèi){借“超大規(guī)模量子隨機(jī)電路實(shí)時(shí)模擬”成果（Closing the Quantum Supremacy Gap:Achieving Read-Time Simulation of a Random Quantum Circuit Using a New Sunway Supercomputer ）（簡稱“SWQSIM”）獲此殊榮,。該團(tuán)隊(duì)由來自之江實(shí)驗(yàn)室,、清華大學(xué)、國家超級計(jì)算無錫中心,、上海量子科學(xué)研究中心等機(jī)構(gòu)的14名成員組成,。他們分別是來自清華大學(xué)及國家超級計(jì)算無錫中心的付昊桓、陳德訓(xùn),，之江實(shí)驗(yàn)室及國家超級計(jì)算無錫中心的劉勇、劉鑫、李芳,、楊雨靈,、宋佳偉、趙朋朋,、王臻,、彭達(dá)佳、陳華蓉,，國家超級計(jì)算無錫中心的吳汶釗,，上海量子科學(xué)研究中心的黃合良、郭楚,。其中,，劉鑫、付昊桓,、郭楚,、陳德訓(xùn)為共同通信作者。
清華超算團(tuán)隊(duì)作為核心成員之一,，第三次獲得該獎(jiǎng),。清華團(tuán)隊(duì)的主要貢獻(xiàn)包括研究框架的設(shè)計(jì)和梳理，以及量子電路模擬中復(fù)雜tensor的性能優(yōu)化,。
獲獎(jiǎng)項(xiàng)目
研究團(tuán)隊(duì)基于新一代神威超級計(jì)算機(jī),，研發(fā)了量子計(jì)算模擬器SWQSIM，提出近似最優(yōu)的張量網(wǎng)絡(luò)并行切分和收縮方法及混合精度算法,，可高效擴(kuò)展至數(shù)千萬核并行規(guī)模,，并提供每秒4.4百億億次的持續(xù)計(jì)算性能，是超算領(lǐng)域全世界目前已知的最高混合精度浮點(diǎn)計(jì)算性能,。與“懸鈴木”200秒完成0.2%保真度的百萬采樣任務(wù)相比較,，“頂點(diǎn)”需要一萬年完成同等復(fù)雜度的模擬，SWQSIM則可在304秒以內(nèi)得到百萬更高保真度的關(guān)聯(lián)樣本,，在一星期內(nèi)得到同樣數(shù)量的無關(guān)聯(lián)樣本,，打破其所宣稱的量子霸權(quán)；該軟件還可在60小時(shí)內(nèi)完成比“懸鈴木”更加復(fù)雜的1000多倍的量子電路模擬,，實(shí)現(xiàn)100～400比特量子電路算法的單振幅和多振幅模擬,，為未來量子計(jì)算的發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的模擬支撐。
付昊桓（左二）與吳汶釗（右一）等團(tuán)隊(duì)成員討論優(yōu)化方案
該工作的共同通信作者,，清華大學(xué)地球系統(tǒng)科學(xué)系教授,、國家超級計(jì)算無錫中心副主任付昊桓介紹說，“目前的復(fù)雜量子電路,，保真度還比較低,。以谷歌的懸鈴木系統(tǒng)為例，一百萬個(gè)樣本中，僅能保證兩千個(gè)左右的有效樣本,。像SWQSIM這樣,，具備近實(shí)時(shí)的模擬能力的量子電路模擬器，可以為量子計(jì)算機(jī)未來的發(fā)展提供強(qiáng)大助力,。另外一方面,，對于傳統(tǒng)超算而言，新型量子計(jì)算機(jī)所形成的‘量子霸權(quán)’,，就如我們論文里寫到的,，是‘他山之石，可以攻玉’,。在傳統(tǒng)超算上實(shí)現(xiàn)這樣一個(gè)復(fù)雜度極高的問題,，觸發(fā)了團(tuán)隊(duì)在算法、并行方法,、優(yōu)化方法等等各個(gè)方面的創(chuàng)新,。當(dāng)然，我們更看重的,，是真正建立了最先進(jìn)的量子計(jì)算機(jī)和最先進(jìn)的超算之間的橋梁,，讓它們可以相互促進(jìn)，甚至相互融合,?！?/p>
吳汶釗表示，此次獲獎(jiǎng)的研究成果,，超越了現(xiàn)階段隨機(jī)量子電路模擬的世界最好水平,，體現(xiàn)了新一代神威超算的實(shí)力，對于支持未來量子系統(tǒng)的研發(fā),，加速實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜,、更實(shí)用的量子計(jì)算系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和過程具有重要意義。吳汶釗曾是清華大學(xué)地學(xué)系的一名碩士研究生,，由付昊桓指導(dǎo),，畢業(yè)后赴國家超級計(jì)算無錫中心工作。自2020年開始負(fù)責(zé)神威平臺深度學(xué)習(xí)框架的開發(fā)工作,。提及所學(xué)知識與實(shí)踐應(yīng)用的關(guān)系時(shí),，吳汶釗提到，“在地學(xué)系學(xué)習(xí)期間,，系里一直鼓勵(lì)學(xué)科交叉,，讓我可以將所學(xué)知識不斷嘗試運(yùn)用至新的領(lǐng)域中?！?/p>
“戈登·貝爾獎(jiǎng)”是國際高性能計(jì)算應(yīng)用領(lǐng)域的最高獎(jiǎng)項(xiàng),，2016年,、2017年，付昊桓參與的大氣動(dòng)力方程求解器以及領(lǐng)銜的非線性地震模擬工作,，因高效實(shí)現(xiàn)了模型的大規(guī)模并行擴(kuò)展,，并大幅提升了時(shí)空分辨率和關(guān)鍵現(xiàn)象刻畫能力,，實(shí)現(xiàn)了中國近30年來在這個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)上零的突破和蟬聯(lián),。
供稿：地學(xué)系
編輯：陳曉艷
審核：田姬熔
