當超級計算機遇到量子計算，會擦出什么樣的火花？前不久，來自中國的超算應用團隊憑借量子計算模擬器——“超大規(guī)模量子隨機電路實時模擬”項目，斬獲了超級計算應用領域國際最高獎“戈登·貝爾”獎。

鮮為人知的是，超算大獎背后是一支多學科交叉、富有青春朝氣的中國“夢之隊”。團隊成員有來自之江實驗室及國家超級計算無錫中心的劉勇、劉鑫等9名成員，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，獲獎時平均年齡34歲。其中，劉鑫、付昊桓、郭楚、陳德訓為成果論文的共同通信作者。

論文共同通信作者、清華大學地球系統(tǒng)科學系教授、國家超級計算無錫中心副主任付昊桓告訴中青報·中青網記者，此次斬獲大獎，也充分發(fā)揮了跨學科交叉團隊“強強聯合”的力量，所涉專業(yè)橫跨計算機、數學、物理和量子計算等多個學科。

“我們這次所做的工作就是針對量子計算進行的一次超級計算機的應用。這個團隊既有研究超算的人，也有研究量子的人，還有數學、物理等方面的專家，大家一起從各自擅長的層面來做融合性的創(chuàng)新。我想這也是最終獲獎的重要原因。”付昊桓說。

量子計算有其獨有的性能優(yōu)勢，許多國家的科學家都在試圖研發(fā)量子計算機。然而，隨著量子計算機規(guī)模的擴展，如何驗證量子計算機的準確率，成了目前量子計算機研發(fā)的主要瓶頸之一。中國超算應用團隊的這項最新研究，在之前工作的基礎上，提出了一套自己獨有的算法，實現了準實時的量子模擬，讓人們離未來量子計算機的誕生更近了一步。

在某些應用場景中，量子計算設備可以表現出傳統(tǒng)計算機無法企及的性能優(yōu)勢。這也是科學界常說的“量子霸權”。

“為什么一定要用經典計算機驗證？這是因為要制造一個量子計算機，首先要確保計算結果的準確率。但是，量子計算機的運行時間是以秒算的，而通過經典計算機驗證卻要以‘天’，甚至以‘年’為單位來計算，因此現在量子計算機研發(fā)的主要困難之一就在于，如何找到一個好的算法，讓驗證工作快一點?！眻F隊成員之一、來自上海量子科學研究中心的郭楚解釋道。

為了翻越如此大的復雜障礙，團隊從量子模擬算法、張量網絡圖的分割方法、收縮路徑優(yōu)化，再到與超算硬件底層相關的tensor算子優(yōu)化等多個層面開展工作，真正做到了應用、算法和架構的融合考慮，實現了基于新一代神威超算的準實時量子電路模擬。

“我認為多學科交叉在我們的工作中發(fā)揮著非常重要的作用，是研究可以順利推進的重要原因。”作為研究量子的青年科研人員，32歲的郭楚在讀博士期間的一次“跨界”讓超算和量子計算這兩個毫不相關的領域碰撞出火花。

“在讀博期間，我作為一個物理學的學生，寫的代碼可能遠遠超過計算機系的學生了?！惫硎?，在讀博士期間，他自己花了一年半的時間編程，用代碼實現了一整套張量網絡算法。他說，“其實那時我做的是一個比較基礎性的工作，費了很長的時間，也因此不能像同學一樣發(fā)表那么多論文，甚至這套代碼在讀博期間乃至畢業(yè)后一段時間，我也沒有用上過。”

然而，機會總是留給有準備的人，在這次的科研成果中，郭楚曾經的看似“無用功”，卻成了核心技術之一。

說起自己跨界到超算領域，甚至拿下國際大獎的經歷，郭楚笑著說：“能夠和超算團隊合作完全是一次機緣巧合，我們是2019年碰巧在一次學術會議上遇到的，互相聊起各自的研究，了解到各自的優(yōu)勢和需求，才發(fā)現有合作的機會。事實上，我們是完全不相關的兩個領域?！?/span>

在團隊中，郭楚已經算是“老人”了，他表示，團隊中的年輕人永遠是奮戰(zhàn)在最前線的“拼命三郎”，充滿了熱情和沖勁。

作為團隊成員之一的吳汶釗，曾用一整晚的時間將一個好的算法在機器上實現了，直接將整個項目的運算效率提升了10倍以上，這令郭楚印象深刻。

吳汶釗曾是清華大學地學系的一名碩士研究生，畢業(yè)后到國家超級計算無錫中心工作，自2020年開始負責新一代神威超算平臺深度學習框架的開發(fā)工作。“在地學系學習期間，系里一直鼓勵學科交叉。如今，我很榮幸自己可以將所學知識不斷嘗試運用到新的領域中?！眳倾脶撜f。

此次獲獎也是清華大學超算團隊第三次獲得“戈登·貝爾”獎。2016年到2017年，清華超算團隊參與的大氣動力方程求解器、領銜的非線性地震模擬工作，分別實現了我國近30年來在這個獎項上“零”的突破和蟬聯。

作為團隊核心成員，付昊桓表示，“跨界”已經成為自己工作的日常。

“我們不能為了超算而超算，我們有了一個很好的硬件基礎，最終是要通過學科交叉等方式，讓超級計算真正服務于經濟社會發(fā)展的各個方面，這才能真正體現出超算的價值?！备蛾换刚f。

來源：中國青年報