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美国时间1118日下午,2021年度“戈登贝尔”奖的谜底在密苏里州圣路易斯举行的全球超级计算大会(SC21)上揭晓,中国超算应用团队凭借Closing the Quantum Supremay Gap:Achieving Read-Time Simulation of a Random Quantum Circuit Using a New Sunway Supercomputer(简称SWQSIM,“超大规模量子随机电路实时模拟”)成果获此殊荣。该团队由来自之江实验室、清华大学、国家超级计算无锡中心、上海量子科学研究中心等机构的14名成员组成。他们分别是来自之江实验室及国家超级计算无锡中心的刘勇、刘鑫、李芳、杨雨灵、宋佳伟、赵朋朋、王臻、彭达佳、陈华蓉,清华大学及国家超级计算无锡中心的付昊桓、陈德训,国家超级计算无锡中心的吴汶钊,上海量子科学研究中心的黄合良、郭楚。其中,刘鑫、付昊桓、郭楚、陈德训为共同通信作者。

清华超算团队作为核心成员之一,第三次获得该奖。清华团队的主要贡献包括研究框架的设计和梳理,以及量子电路模拟中复杂tensor的性能优化。

获奖项目

研究团队基于新一代神威超级计算机,研发了量子计算模拟器SWQSIM,提出近似最优的张量网络并行切分和收缩方法及混合精度算法,可高效扩展至数千万核并行规模,并提供每秒4.4百亿亿次的持续计算性能,是超算领域全世界目前已知的最高混合精度浮点计算性能。与悬铃木”200秒完成0.2%保真度的百万采样任务相比较,顶点需要一万年完成同等复杂度的模拟,SWQSIM则可在304秒以内得到百万更高保真度的关联样本,在一星期内得到同样数量的无关联样本,打破其所宣称的量子霸权;该软件还可在60小时内完成比悬铃木更加复杂的1000多倍的量子电路模拟,实现100400比特量子电路算法的单振幅和多振幅模拟,为未来量子计算的发展提供了坚实的模拟支撑。

付昊桓(左二)与吴汶钊(右一)等团队成员讨论优化方案

该工作的共同通信作者,清华大学地球系统科学系教授、国家超级计算无锡中心副主任付昊桓介绍说,“目前的复杂量子电路,保真度还比较低。以谷歌的悬铃木系统为例,一百万个样本中,仅能保证两千个左右的有效样本。像SWQSIM这样,具备近实时的模拟能力的量子电路模拟器,可以为量子计算机未来的发展提供强大助力。另外一方面,对于传统超算而言,新型量子计算机所形成的‘量子霸权’,就如我们论文里写到的,是‘他山之石,可以攻玉’。在传统超算上实现这样一个复杂度极高的问题,触发了团队在算法、并行方法、优化方法等等各个方面的创新。当然,我们更看重的,是真正建立了最先进的量子计算机和最先进的超算之间的桥梁,让它们可以相互促进,甚至相互融合。”

获奖团队的成员之一,国家超级计算无锡中心的吴汶钊表示,此次获奖的研究成果,超越了现阶段随机量子电路模拟的世界最好水平,体现了新一代神威超算的实力,对于支持未来量子系统的研发,加速实现更复杂、更实用的量子计算系统的设计和过程具有重要意义。吴汶钊曾是清华大学地学系的一名硕士研究生,由付昊桓教授指导,毕业后赴国家超级计算无锡中心工作。自2020年开始负责神威平台深度学习框架的开发工作。提及所学知识与实践应用的关系时,吴汶钊提到,“在地学系学习期间,系里一直鼓励学科交叉,让我可以将所学知识不断尝试运用至新的领域中。”

“戈登·贝尔”奖是国际高性能计算应用领域的最高奖项,2016年、2017年,付昊桓教授参与的大气动力方程求解器以及领衔的非线性地震模拟工作,因高效实现了模型的大规模并行扩展,并大幅提升了时空分辨率和关键现象刻画能力,实现了中国近30年来在这个奖项上零的突破和蝉联。

 

文字:王佳音

图片:付昊桓供图

审核:付昊桓 黄小猛

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