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清華新聞網11月20日電 美國時間11月18日下午，2021年度“戈登·貝爾”獎的謎底在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（Closing the Quantum Supremacy Gap:Achieving Read-Time Simulation of a Random Quantum Circuit Using a New Sunway Supercomputer ）（簡稱“SWQSIM”）獲此殊榮。該團隊由來自之江實驗室、清華大學、國家超級計算無錫中心、上海量子科學研究中心等機構的14名成員組成。他們分別是來自清華大學及國家超級計算無錫中心的付昊桓、陳德訓，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，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。其中，劉鑫、付昊桓、郭楚、陳德訓為共同通信作者。
清華超算團隊作為核心成員之一，第三次獲得該獎。清華團隊的主要貢獻包括研究框架的設計和梳理，以及量子電路模擬中復雜tensor的性能優化。
獲獎項目
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”200秒完成0.2%保真度的百萬采樣任務相比較，“頂點”需要一萬年完成同等復雜度的模擬，SWQSIM則可在304秒以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，打破其所宣稱的量子霸權；該軟件還可在60小時內完成比“懸鈴木”更加復雜的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。
付昊桓（左二）與吳汶釗（右一）等團隊成員討論優化方案
該工作的共同通信作者，清華大學地球系統科學系教授、國家超級計算無錫中心副主任付昊桓介紹說，“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，一百萬個樣本中，僅能保證兩千個左右的有效樣本。像SWQSIM這樣，具備近實時的模擬能力的量子電路模擬器，可以為量子計算機未來的發展提供強大助力。另外一方面，對于傳統超算而言，新型量子計算機所形成的‘量子霸權’，就如我們論文里寫到的，是‘他山之石，可以攻玉’。在傳統超算上實現這樣一個復雜度極高的問題，觸發了團隊在算法、并行方法、優化方法等等各個方面的創新。當然，我們更看重的，是真正建立了最先進的量子計算機和最先進的超算之間的橋梁，讓它們可以相互促進，甚至相互融合。”
吳汶釗表示，此次獲獎的研究成果，超越了現階段隨機量子電路模擬的世界最好水平，體現了新一代神威超算的實力，對于支持未來量子系統的研發，加速實現更復雜、更實用的量子計算系統的設計和過程具有重要意義。吳汶釗曾是清華大學地學系的一名碩士研究生，由付昊桓指導，畢業后赴國家超級計算無錫中心工作。自2020年開始負責神威平臺深度學習框架的開發工作。提及所學知識與實踐應用的關系時，吳汶釗提到，“在地學系學習期間，系里一直鼓勵學科交叉，讓我可以將所學知識不斷嘗試運用至新的領域中。”
“戈登·貝爾獎”是國際高性能計算應用領域的最高獎項，2016年、2017年，付昊桓參與的大氣動力方程求解器以及領銜的非線性地震模擬工作，因高效實現了模型的大規模并行擴展，并大幅提升了時空分辨率和關鍵現象刻畫能力，實現了中國近30年來在這個獎項上零的突破和蟬聯。
