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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”獎的謎底在密蘇里州圣路易斯舉行的全球超級計算大會(huì )（SC21）上揭曉，中國超算應用團隊憑借“超大規模量子隨機電路實(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(jiǎn)稱(chēng)“SWQSIM”）獲此殊榮。該團隊由來(lái)自之江實(shí)驗室、清華大學(xué)、國家超級計算無(wú)錫中心、上海量子科學(xué)研究中心等機構的14名成員組成。他們分別是來(lái)自清華大學(xué)及國家超級計算無(wú)錫中心的付昊桓、陳德訓，之江實(shí)驗室及國家超級計算無(wú)錫中心的劉勇、劉鑫、李芳、楊雨靈、宋佳偉、趙朋朋、王臻、彭達佳、陳華蓉，國家超級計算無(wú)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、陳德訓為共同通信作者。
清華超算團隊作為核心成員之一，第三次獲得該獎。清華團隊的主要貢獻包括研究框架的設計和梳理，以及量子電路模擬中復雜tensor的性能優(yōu)化。
獲獎項目
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，可高效擴展至數千萬(wàn)核并行規模，并提供每秒4.4百億億次的持續計算性能，是超算領(lǐng)域全世界目前已知的最高混合精度浮點(diǎn)計算性能。與“懸鈴木”200秒完成0.2%保真度的百萬(wàn)采樣任務(wù)相比較，“頂點(diǎn)”需要一萬(wàn)年完成同等復雜度的模擬，SWQSIM則可在304秒以?xún)鹊玫桨偃f(wàn)更高保真度的關(guān)聯(lián)樣本，在一星期內得到同樣數量的無(wú)關(guān)聯(lián)樣本，打破其所宣稱(chēng)的量子霸權；該軟件還可在60小時(shí)內完成比“懸鈴木”更加復雜的1000多倍的量子電路模擬，實(shí)現100～400比特量子電路算法的單振幅和多振幅模擬，為未來(lái)量子計算的發(fā)展提供了堅實(shí)的模擬支撐。
付昊桓（左二）與吳汶釗（右一）等團隊成員討論優(yōu)化方案
該工作的共同通信作者，清華大學(xué)地球系統科學(xué)系教授、國家超級計算無(wú)錫中心副主任付昊桓介紹說(shuō)，“目前的復雜量子電路，保真度還比較低。以谷歌的懸鈴木系統為例，一百萬(wàn)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，可以為量子計算機未來(lái)的發(fā)展提供強大助力。另外一方面，對于傳統超算而言，新型量子計算機所形成的‘量子霸權’，就如我們論文里寫(xiě)到的，是‘他山之石，可以攻玉’。在傳統超算上實(shí)現這樣一個(gè)復雜度極高的問(wèn)題，觸發(fā)了團隊在算法、并行方法、優(yōu)化方法等等各個(gè)方面的創(chuàng )新。當然，我們更看重的，是真正建立了最先進(jìn)的量子計算機和最先進(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。”
吳汶釗表示，此次獲獎的研究成果，超越了現階段隨機量子電路模擬的世界最好水平，體現了新一代神威超算的實(shí)力，對于支持未來(lái)量子系統的研發(fā)，加速實(shí)現更復雜、更實(shí)用的量子計算系統的設計和過(guò)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，畢業(yè)后赴國家超級計算無(wú)錫中心工作。自2020年開(kāi)始負責神威平臺深度學(xué)習框架的開(kāi)發(fā)工作。提及所學(xué)知識與實(shí)踐應用的關(guān)系時(shí)，吳汶釗提到，“在地學(xué)系學(xué)習期間，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。”
“戈登·貝爾獎”是國際高性能計算應用領(lǐng)域的最高獎項，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(xiàn)性地震模擬工作，因高效實(shí)現了模型的大規模并行擴展，并大幅提升了時(shí)空分辨率和關(guān)鍵現象刻畫(huà)能力，實(shí)現了中國近30年來(lái)在這個(gè)獎項上零的突破和蟬聯(lián)。
