澎湃新聞從清華大學(xué)獲悉，美國(guó)時(shí)間11月18日下午，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Closing the Quantum Supremacy Gap:Achieving Real-Time Simulation of a Random Quantum Circuit Using a New Sunway Supercomputer（簡(jiǎn)稱(chēng)SWQSIM，“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。

獲獎(jiǎng)項(xiàng)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(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)需要一萬(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”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秒以?xún)?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”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(lái)量子計(jì)算的發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的模擬支撐。

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

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，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，也能夠?yàn)榱孔佑?jì)算機(jī)未來(lái)的發(fā)展提供強(qiáng)大助力。

清華超算團(tuán)隊(duì)三次獲獎(jiǎng)

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(tuán)隊(duì)第三次獲得該獎(jiǎng)。

此前的2016年及2017年，清華超算團(tuán)隊(duì)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(huà)能力，實(shí)現(xiàn)了中國(guó)近30年來(lái)在這個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)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(xiàng)目中成長(zhǎng)起來(lái)。在中國(guó)超算應(yīng)用團(tuán)隊(duì)2016年首次獲得“戈登·貝爾”獎(jiǎng)時(shí)，甘霖作為該成果的共同通信作者之一，當(dāng)時(shí)還是清華大學(xué)計(jì)算機(jī)系的一名博士生。在選擇就業(yè)的關(guān)鍵時(shí)期，他毅然決定留在“神威·太湖之光”應(yīng)用團(tuán)隊(duì)，為國(guó)產(chǎn)超級(jí)計(jì)算機(jī)打造屬于自己的應(yīng)用。畢業(yè)后，他繼續(xù)致力于面向國(guó)產(chǎn)超級(jí)計(jì)算機(jī)的地學(xué)應(yīng)用軟件方向的研究，獲得了清華浪潮計(jì)算地球科學(xué)青年人才獎(jiǎng)、全國(guó)青年崗位能手標(biāo)兵等一系列榮譽(yù)，并且成為國(guó)內(nèi)首位獲得IEEE高性能專(zhuān)委會(huì)杰出新人獎(jiǎng)的青年學(xué)者。

作為今年獲獎(jiǎng)團(tuán)隊(duì)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(guó)家超級(jí)計(jì)算無(wú)錫中心工作，自2020年開(kāi)始負(fù)責(zé)神威平臺(tái)深度學(xué)習(xí)框架的開(kāi)發(fā)工作。“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(shí)不斷嘗試運(yùn)用至新的領(lǐng)域中。”吳汶釗說(shuō)。