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打破“量子霸权”神话中国团队斩获超算界诺奖
更新时间:2021-11-24

  广西首个移动“AI电梯阻车系统”护航群众生命财!中国青年报客户端北京11月23日电(中青报·中青网记者 叶雨婷)今天记者从清华大学获悉,超级计算应用领域国际最高奖项——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SWQSIM(“超大规模量子随机电路实时模拟”)成果获此殊荣。

  据悉,该团队由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、郭楚等14名成员组成。其中,刘鑫、付昊桓、郭楚、陈德训为共同通信作者。

  “量子霸权”是一个术语,表示量子计算设备在某些应用场景中,可以表现出传统计算机无法企及的性能优势。比如谷歌公司2019年所研发的悬铃木系统,在200秒内完成的百万量子采样(保线%),美国最快的顶点超级计算机需要一万年才能模拟完成。中国超算团队的这项最新研究,实现了近实时的量子模拟,证明了谷歌公司2019年演示的随机量子线路采样任务并不能真正实现“量子霸权”。

  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,SWQSIM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,还可以在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100~400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。图片由清华大学提供

  据悉,有别于传统的研究团队,这支研究团队是一个年轻的多学科交叉团队,成员所学专业横跨计算机、数学、物理和量子计算等学科。其中,之江实验室和无锡超算联合团队主要负责软件总体设计、千万核可扩展模拟算法、收缩路径优化以及tensor算子优化;清华团队主要负责研究框架的设计与梳理、以及量子电路模拟中复杂tensor的性能优化;上海量子科学研究中心团队主要负责量子电路模拟和张量网络收缩算法设计及正确性验证。

  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,“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。”