近日，超級計算應用領域國際最高獎項——2021年度“戈登貝爾獎”的謎底在美國密蘇里州圣路易斯舉行的全球超級計算大會(SC21)上揭曉，中國超算應用團隊憑借“超大規模量子隨機電路實時模擬”成果獲此殊榮。
“戈登貝爾獎”設立于1987年，是國際上高性能計算應用領域的最高學術獎項，被稱為“超算領域的諾貝爾獎”。在2016年之前，美國、日本曾壟斷該獎項長達近30年。
“量子霸權”是一個術語，表示量子計算設備在某些應用場景中，可以表現出傳統計算機無法企及的性能優勢。比如谷歌公司2019年所研發的“懸鈴木”系統，在200秒內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1萬年才能模擬完成。中國超算團隊的這項最新研究，實現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并不能真正實現“量子霸權”。
研究團隊基于新一代神威超級計算機，研發了量子計算模擬器SWQSIM，提出近似最優的張量網絡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”系統200秒完成0.2%保真度的百萬采樣任務相比較，SWQSIM可在304秒內得到百萬更高保真度的關聯樣本，在一星期內得到同樣數量的無關聯樣本，還可以在60小時內完成比“懸鈴木”系統復雜1000多倍的量子電路模擬，實現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展提供了堅實的模擬支撐。
基于經典計算機的模擬驗證是當前帶噪聲的量子計算機研發過程中不可或缺的工具。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，100萬個樣本中，僅能保證2000個左右的有效樣本。像SWQSIM這樣具備近實時模擬能力的量子電路模擬器，能夠為量子計算機未來的發展提供強大助力。
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、彭達佳、陳華蓉，清華大學及國家超級計算無錫中心的付昊桓、陳德訓，國家超級計算無錫中心的吳汶釗，上海量子科學研究中心的黃合良、郭楚14名成員組成。其中，劉鑫、付昊桓、郭楚、陳德訓為共同通訊作者。(程婷)
