澎湃新聞從清華大學(xué)獲悉，美國時間11月18日下午，超級計算應(yīng)用領(lǐng)域國際最高獎項——2021年度“戈登貝爾獎”的謎底在密蘇里州圣路易斯舉行的全球超級計算大會（SC21）上揭曉，中國超算應(yīng)用團隊?wèi){借Closing the Quantum Supremacy Gap:Achieving Real-Time Simulation of a Random Quantum Circuit Using a New Sunway Supercomputer（簡稱SWQSIM，“超大規(guī)模量子隨機電路實時模擬”）成果獲此殊榮。

“戈登貝爾獎”設(shè)立于1987年，是國際上高性能計算應(yīng)用領(lǐng)域的最高學(xué)術(shù)獎項，被稱為“超算領(lǐng)域的諾貝爾獎”。在2016年之前，美國、日本曾壟斷該獎項長達(dá)近30年。

獲獎項目揭曉。本文圖片均為清華大學(xué)供圖

打破谷歌懸鈴木“量子霸權(quán)”

“量子霸權(quán)”是一個術(shù)語，表示量子計算設(shè)備在某些應(yīng)用場景中，可以表現(xiàn)出傳統(tǒng)計算機無法企及的性能優(yōu)勢。比如谷歌公司2019年所研發(fā)的懸鈴木系統(tǒng)，在200秒內(nèi)完成的百萬量子采樣（保真度0.2%），美國最快的頂點超級計算機需要一萬年才能模擬完成。中國超算團隊的這項最新研究，實現(xiàn)了近實時的量子模擬，證明了谷歌公司2019年演示的隨機量子線路采樣任務(wù)并不能真正實現(xiàn)“量子霸權(quán)”。

研究團隊基于新一代神威超級計算機，研發(fā)了量子計算模擬器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計算性能。與“懸鈴木”200秒完成0.2%保真度的百萬采樣任務(wù)相比較，SWQSIM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，還可以在60小時內(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，為未來量子計算的發(fā)展提供了堅實的模擬支撐。

懸鈴木量子計算機采樣任務(wù)的張量網(wǎng)絡(luò)表達(dá)

基于經(jīng)典計算機的模擬驗證是當(dāng)前帶噪聲的量子計算機研發(fā)過程中不可或缺的工具。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，一百萬個樣本中，僅能保證兩千個左右的有效樣本。像SWQSIM這樣，具備近實時的模擬能力的量子電路模擬器，也能夠為量子計算機未來的發(fā)展提供強大助力。

清華超算團隊三次獲獎

此次獲獎團隊由來自之江實驗室及國家超級計算無錫中心的劉勇、劉鑫、李芳、楊雨靈、宋佳偉、趙朋朋、王臻、彭達(dá)佳、陳華蓉，清華大學(xué)及國家超級計算無錫中心的付昊桓、陳德訓(xùn)，國家超級計算無錫中心的吳汶釗，上海量子科學(xué)研究中心的黃合良、郭楚等14名成員組成。其中，劉鑫、付昊桓、郭楚、陳德訓(xùn)為共同通信作者。

作為核心成員之一，這是清華超算團隊第三次獲得該獎。

此前的2016年及2017年，清華超算團隊參與的大氣動力方程求解器以及領(lǐng)銜的非線性地震模擬工作，因高效實現(xiàn)了模型的大規(guī)模并行擴展，并大幅提升了時空分辨率和關(guān)鍵現(xiàn)象刻畫能力，實現(xiàn)了中國近30年來在這個獎項上零的突破和蟬聯(lián)。

澎湃新聞從清華大學(xué)了解到，一批青年研究者正從這樣的研究項目中成長起來。在中國超算應(yīng)用團隊2016年首次獲得“戈登·貝爾”獎時，甘霖作為該成果的共同通信作者之一，當(dāng)時還是清華大學(xué)計算機系的一名博士生。在選擇就業(yè)的關(guān)鍵時期，他毅然決定留在“神威·太湖之光”應(yīng)用團隊，為國產(chǎn)超級計算機打造屬于自己的應(yīng)用。畢業(yè)后，他繼續(xù)致力于面向國產(chǎn)超級計算機的地學(xué)應(yīng)用軟件方向的研究，獲得了清華浪潮計算地球科學(xué)青年人才獎、全國青年崗位能手標(biāo)兵等一系列榮譽，并且成為國內(nèi)首位獲得IEEE高性能專委會杰出新人獎的青年學(xué)者。

作為今年獲獎團隊成員之一的吳汶釗，曾是清華大學(xué)地學(xué)系的一名碩士研究生，畢業(yè)后到國家超級計算無錫中心工作，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?！霸诘貙W(xué)系學(xué)習(xí)期間，系里一直鼓勵學(xué)科交叉，讓我可以將所學(xué)知識不斷嘗試運用至新的領(lǐng)域中?！眳倾脶撜f。