近日，超級(jí)計(jì)算應(yīng)用領(lǐng)域國(guó)際最高獎(jiǎng)項(xiàng)——2021年度“戈登貝爾獎(jiǎng)”的謎底在美國(guó)密蘇里州圣路易斯舉行的全球超級(jí)計(jì)算大會(huì)(SC21)上揭曉，中國(guó)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”成果獲此殊榮。
“戈登貝爾獎(jiǎng)”設(shè)立于1987年，是國(guó)際上高性能計(jì)算應(yīng)用領(lǐng)域的最高學(xué)術(shù)獎(jiǎng)項(xiàng)，被稱(chēng)為“超算領(lǐng)域的諾貝爾獎(jiǎng)”。在2016年之前，美國(guó)、日本曾壟斷該獎(jiǎng)項(xiàng)長(zhǎng)達(dá)近30年。
“量子霸權(quán)”是一個(gè)術(shù)語(yǔ)，表示量子計(jì)算設(shè)備在某些應(yīng)用場(chǎng)景中，可以表現(xiàn)出傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)無(wú)法企及的性能優(yōu)勢(shì)。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(wàn)量子采樣(保真度0.2%)，美國(guó)最快的頂點(diǎn)超級(jí)計(jì)算機(jī)需要1萬(wàn)年才能模擬完成。中國(guó)超算團(tuán)隊(duì)的這項(xiàng)最新研究，實(shí)現(xiàn)了近實(shí)時(shí)的量子模擬，證明了谷歌公司2019年演示的隨機(jī)量子線路采樣任務(wù)并不能真正實(shí)現(xiàn)“量子霸權(quán)”。
研究團(tuán)隊(duì)基于新一代神威超級(jí)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(wàn)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”系統(tǒng)200秒完成0.2%保真度的百萬(wàn)采樣任務(wù)相比較，SWQSIM可在304秒內(nèi)得到百萬(wàn)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(wú)關(guān)聯(lián)樣本，還可以在60小時(shí)內(nèi)完成比“懸鈴木”系統(tǒng)復(fù)雜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(lái)量子計(jì)算的發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的模擬支撐。
基于經(jīng)典計(jì)算機(jī)的模擬驗(yàn)證是當(dāng)前帶噪聲的量子計(jì)算機(jī)研發(fā)過(guò)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，100萬(wàn)個(gè)樣本中，僅能保證2000個(gè)左右的有效樣本。像SWQSIM這樣具備近實(shí)時(shí)模擬能力的量子電路模擬器，能夠?yàn)榱孔佑?jì)算機(jī)未來(lái)的發(fā)展提供強(qiáng)大助力。
此次獲獎(jiǎng)團(tuán)隊(duì)由來(lái)自之江實(shí)驗(yàn)室及國(guó)家超級(jí)計(jì)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(dá)佳、陳華蓉，清華大學(xué)及國(guó)家超級(jí)計(jì)算無(wú)錫中心的付昊桓、陳德訓(xùn)，國(guó)家超級(jí)計(jì)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14名成員組成。其中，劉鑫、付昊桓、郭楚、陳德訓(xùn)為共同通訊作者。(程婷)
