近日，超级计算应用领域国际最高奖项——2021年度“戈登贝尔奖”的谜底在美国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“超大规模量子随机电路实时模拟”成果获此殊荣。
“戈登贝尔奖”设立于1987年，是国际上高性能计算应用领域的最高学术奖项，被称为“超算领域的诺贝尔奖”。在2016年之前，美国、日本曾垄断该奖项长达近30年。
“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(保真度0.2%)，美国最快的顶点超级计算机需要1万年才能模拟完成。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”系统200秒完成0.2%保真度的百万采样任务相比较，SWQSIM可在304秒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”系统复杂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。
基于经典计算机的模拟验证是当前带噪声的量子计算机研发过程中不可或缺的工具。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，100万个样本中，仅能保证2000个左右的有效样本。像SWQSIM这样具备近实时模拟能力的量子电路模拟器，能够为量子计算机未来的发展提供强大助力。
此次获奖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14名成员组成。其中，刘鑫、付昊桓、郭楚、陈德训为共同通讯作者。(程婷)
