圖：中國(guó)超算應(yīng)用團(tuán)隊(duì)基于新一代神威超級(jí)計(jì)算機(jī)研發(fā)的“超大規(guī)模量子隨機(jī)電路實(shí)時(shí)模擬”（SWQSIM）成果獲二0二一年度“戈登貝爾獎(jiǎng)”。
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)、被稱為“超算領(lǐng)域諾貝爾獎(jiǎng)”的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)基于新一代神威超級(jí)計(jì)算機(jī)研發(fā)的“超大規(guī)模量子隨機(jī)電路實(shí)時(shí)模擬”（SWQSIM）成果獲此殊榮。該成果可提供每秒4.4百億億次的持續(xù)計(jì)算性能，是全世界目前已知的最高混合精度浮點(diǎn)計(jì)算性能，可在304秒以內(nèi)得到百萬更高保真度的關(guān)聯(lián)樣本，打破谷歌公司懸鈴木系統(tǒng)的“量子霸權(quán)”。
綜合澎湃新聞、科技日?qǐng)?bào)、無錫日?qǐng)?bào)報(bào)道：“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。今年的戈登貝爾獎(jiǎng)決賽有6個(gè)項(xiàng)目，涉及量子計(jì)算、分子動(dòng)力學(xué)、光譜學(xué)及核聚變等多個(gè)領(lǐng)域。
“量子霸權(quán)”是一個(gè)術(shù)語，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。
該團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人劉鑫介紹，與“懸鈴木”200秒完成百萬0.2%保真度采樣任務(wù)相比較，“頂點(diǎn)”需要一萬年完成同等復(fù)雜度的模擬，SWQSIM則可在304秒以內(nèi)得到百萬更高保真度的關(guān)聯(lián)樣本，在一星期內(nèi)得到同樣數(shù)量的無關(guān)聯(lián)樣本，打破其所宣稱的“量子霸權(quán)”。
在劉鑫看來，該軟件還可在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，為未來量子計(jì)算的發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的模擬支撐。
此次獲獎(jiǎng)團(tuán)隊(duì)由來自之江實(shí)驗(yàn)室及國(guó)家超級(jí)計(jì)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(dá)佳、陳華蓉，清華大學(xué)及國(guó)家超級(jí)計(jì)算無錫中心的付昊桓、陳德訓(xùn)，國(guó)家超級(jí)計(jì)算無錫中心的吳汶釗，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。
另有兩項(xiàng)應(yīng)用入圍
今年，我國(guó)共有3項(xiàng)超算應(yīng)用入圍戈登貝爾獎(jiǎng)，除獲獎(jiǎng)團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)用外，另外兩項(xiàng)應(yīng)用分別是“千萬核可擴(kuò)展第一性原理拉曼光譜模擬”和“多架構(gòu)大規(guī)模并行保辛結(jié)構(gòu)電磁全動(dòng)理學(xué)等離子體模擬”，3項(xiàng)應(yīng)用都曾在此前舉行的2021全國(guó)高性能計(jì)算學(xué)術(shù)年會(huì)（HPC China 2021）上作報(bào)告。
清華團(tuán)隊(duì)三奪獎(jiǎng) 學(xué)科交叉育人才
圖：付昊桓(左二)與吳汶釗(右一)等團(tuán)隊(duì)成員討論優(yōu)化方案。
綜合澎湃新聞、新華社報(bào)道：清華大學(xué)地球系統(tǒng)科學(xué)系教授、國(guó)家超級(jí)計(jì)算無錫中心副主任付昊桓已是第三次摘得戈登貝爾獎(jiǎng)，他曾于2016年和2017年蟬聯(lián)這一超算領(lǐng)域最高獎(jiǎng)項(xiàng)，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)象刻畫能力，實(shí)現(xiàn)了中國(guó)近30年來在戈登貝爾獎(jiǎng)上零的突破和蟬聯(lián)。
付昊桓在本科、碩士、博士階段攻讀的都是計(jì)算機(jī)科學(xué)，在博士后階段，他突然轉(zhuǎn)向研究地球物理。“其實(shí)超級(jí)計(jì)算機(jī)本身就是一個(gè)跨學(xué)科平臺(tái)。”付昊桓說，超級(jí)計(jì)算機(jī)是由各個(gè)不同科學(xué)領(lǐng)域的科學(xué)家用戶用來解決“宇宙的起源”“黑洞的形成”等超級(jí)問題的一個(gè)交叉平臺(tái)。“這和跨學(xué)科、跨機(jī)構(gòu)的研究團(tuán)隊(duì)是一樣的，只有上下都貫穿起來，才能系統(tǒng)性地解決問題。”
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)算無錫中心工作。“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。
話你知 | 量子霸權(quán)
“量子霸權(quán)”是一個(gè)術(shù)語，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)無法企及的性能優(yōu)勢(shì)?！ ”热绻雀韫?019年所研發(fā)的懸鈴木系統(tǒng)，在200秒內(nèi)完成的百萬量子采樣(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)”。
世界超算諾獎(jiǎng) 中國(guó)展現(xiàn)實(shí)力
2016年
中國(guó)超算應(yīng)用團(tuán)隊(duì)(“神威.太湖之光”)獲得戈登貝爾獎(jiǎng)，也是30年來中國(guó)首次獲獎(jiǎng)，第一次將中國(guó)超算應(yīng)用帶到了世界舞臺(tái)中央。
2017年
由清華大學(xué)地球系統(tǒng)科學(xué)系付昊桓等共同領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)所完成的“非線性地震模擬”獲得戈登貝爾獎(jiǎng)。
2020年
一支由中美科學(xué)家組成的團(tuán)隊(duì)?wèi){借“結(jié)合分子建模、機(jī)器學(xué)習(xí)和高性能計(jì)算相關(guān)方法，將具有從頭算精度的分子動(dòng)力學(xué)模擬的極限提升至1億個(gè)原子規(guī)模”獲獎(jiǎng)。在這個(gè)8人組成的研究團(tuán)隊(duì)中，有7名都是華人。
2021年
中國(guó)超算應(yīng)用團(tuán)隊(duì)?wèi){借基于中國(guó)新一代神威超級(jí)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用“超大規(guī)模量子隨機(jī)電路實(shí)時(shí)模擬”(SWQSIM)獲2021年度“戈登貝爾獎(jiǎng)”。
