神威發威　打破谷歌「量子霸權」

大公報報道，美國時間11月18日下午，超級計算應用領域國際最高獎項、被稱為「超算領域諾貝爾獎」的2021年度「戈登貝爾獎」的謎底在密蘇里州聖路易斯舉行的全球超級計算大會（SC21）上揭曉，中國超算應用團隊基於新一代神威超級計算機研發的「超大規模量子隨機電路實時模擬」（SWQSIM）成果獲此殊榮。該成果可提供每秒4.4百億億次的持續計算性能，是全世界目前已知的最高混合精度浮點計算性能，可在304秒以內得到百萬更高保真度的關聯樣本，打破谷歌公司懸鈴木系統的「量子霸權」。

綜合澎湃新聞、科技日報、無錫日報報道：「戈登貝爾獎」設立於1987年，是國際上高性能計算應用領域的最高學術獎項，被稱為「超算領域的諾貝爾獎」。在2016年之前，美國、日本曾壟斷該獎項長達近30年。今年的戈登貝爾獎決賽有6個項目，涉及量子計算、分子動力學、光譜學及核聚變等多個領域。

「量子霸權」是一個術語，表示量子計算設備在某些應用場景中，可以表現出傳統計算機無法企及的性能優勢。比如谷歌公司2019年所研發的懸鈴木系統，在200秒內完成的百萬量子採樣（保真度0.2%），美國最快的頂點超級計算機需要一萬年才能模擬完成。中國超算團隊的這項最新研究，實現了近實時的量子模擬，證明了谷歌公司2019年演示的隨機量子線路採樣任務並不能真正實現「量子霸權」。

研究團隊基於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並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並行規模，並提供每秒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。

該團隊負責人劉鑫介紹，與「懸鈴木」200秒完成百萬0.2%保真度採樣任務相比較，「頂點」需要一萬年完成同等複雜度的模擬，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」。

在劉鑫看來，該軟件還可在60小時內完成比「懸鈴木」更加複雜的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。

此次獲獎團隊由來自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，清華大學及國家超級計算無錫中心的付昊桓、陳德訓，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、郭楚等14名成員組成。其中，劉鑫、付昊桓、郭楚、陳德訓為共同通信作者。

另有兩項應用入圍

今年，我國共有3項超算應用入圍戈登貝爾獎，除獲獎團隊應用外，另外兩項應用分別是「千萬核可擴展第一性原理拉曼光譜模擬」和「多架構大規模並行保辛結構電磁全動理學等離子體模擬」，3項應用都曾在此前舉行的2021全國高性能計算學術年會（HPC China 2021）上作報告。