當(dāng)超級(jí)計(jì)算機(jī)遇到量子計(jì)算，會(huì)擦出什么樣的火花？前不久，來自中國(guó)的超算應(yīng)用團(tuán)隊(duì)?wèi){借量子計(jì)算模擬器——“超大規(guī)模量子隨機(jī)電路實(shí)時(shí)模擬”項(xiàng)目，斬獲了超級(jí)計(jì)算應(yīng)用領(lǐng)域國(guó)際最高獎(jiǎng)“戈登·貝爾”獎(jiǎng)。

鮮為人知的是，超算大獎(jiǎng)背后是一支多學(xué)科交叉、富有青春朝氣的中國(guó)“夢(mèng)之隊(duì)”。團(tuán)隊(duì)成員有來自之江實(shí)驗(yàn)室及國(guó)家超級(jí)計(jì)算無(wú)錫中心的劉勇、劉鑫等9名成員，清華大學(xué)及國(guó)家超級(jí)計(jì)算無(wú)錫中心的付昊桓、陳德訓(xùn)，國(guó)家超級(jí)計(jì)算無(wú)錫中心的吳汶釗，上海量子科學(xué)研究中心的黃合良、郭楚等14名成員，獲獎(jiǎng)時(shí)平均年齡34歲。其中，劉鑫、付昊桓、郭楚、陳德訓(xùn)為成果論文的共同通信作者。

論文共同通信作者、清華大學(xué)地球系統(tǒng)科學(xué)系教授、國(guó)家超級(jí)計(jì)算無(wú)錫中心副主任付昊桓告訴中青報(bào)·中青網(wǎng)記者，此次斬獲大獎(jiǎng)，也充分發(fā)揮了跨學(xué)科交叉團(tuán)隊(duì)“強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合”的力量，所涉專業(yè)橫跨計(jì)算機(jī)、數(shù)學(xué)、物理和量子計(jì)算等多個(gè)學(xué)科。

“我們這次所做的工作就是針對(duì)量子計(jì)算進(jìn)行的一次超級(jí)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用。這個(gè)團(tuán)隊(duì)既有研究超算的人，也有研究量子的人，還有數(shù)學(xué)、物理等方面的專家，大家一起從各自擅長(zhǎng)的層面來做融合性的創(chuàng)新。我想這也是最終獲獎(jiǎng)的重要原因?！备蛾换刚f。

量子計(jì)算有其獨(dú)有的性能優(yōu)勢(shì)，許多國(guó)家的科學(xué)家都在試圖研發(fā)量子計(jì)算機(jī)。然而，隨著量子計(jì)算機(jī)規(guī)模的擴(kuò)展，如何驗(yàn)證量子計(jì)算機(jī)的準(zhǔn)確率，成了目前量子計(jì)算機(jī)研發(fā)的主要瓶頸之一。中國(guó)超算應(yīng)用團(tuán)隊(duì)的這項(xiàng)最新研究，在之前工作的基礎(chǔ)上，提出了一套自己獨(dú)有的算法，實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)實(shí)時(shí)的量子模擬，讓人們離未來量子計(jì)算機(jī)的誕生更近了一步。

在某些應(yīng)用場(chǎng)景中，量子計(jì)算設(shè)備可以表現(xiàn)出傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)無(wú)法企及的性能優(yōu)勢(shì)。這也是科學(xué)界常說的“量子霸權(quán)”。

“為什么一定要用經(jīng)典計(jì)算機(jī)驗(yàn)證？這是因?yàn)橐圃煲粋€(gè)量子計(jì)算機(jī)，首先要確保計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確率。但是，量子計(jì)算機(jī)的運(yùn)行時(shí)間是以秒算的，而通過經(jīng)典計(jì)算機(jī)驗(yàn)證卻要以‘天’，甚至以‘年’為單位來計(jì)算，因此現(xiàn)在量子計(jì)算機(jī)研發(fā)的主要困難之一就在于，如何找到一個(gè)好的算法，讓驗(yàn)證工作快一點(diǎn)?！眻F(tuán)隊(duì)成員之一、來自上海量子科學(xué)研究中心的郭楚解釋道。

為了翻越如此大的復(fù)雜障礙，團(tuán)隊(duì)從量子模擬算法、張量網(wǎng)絡(luò)圖的分割方法、收縮路徑優(yōu)化，再到與超算硬件底層相關(guān)的tensor算子優(yōu)化等多個(gè)層面開展工作，真正做到了應(yīng)用、算法和架構(gòu)的融合考慮，實(shí)現(xiàn)了基于新一代神威超算的準(zhǔn)實(shí)時(shí)量子電路模擬。

“我認(rèn)為多學(xué)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(jìn)的重要原因?！弊鳛檠芯苛孔拥那嗄昕蒲腥藛T，32歲的郭楚在讀博士期間的一次“跨界”讓超算和量子計(jì)算這兩個(gè)毫不相關(guān)的領(lǐng)域碰撞出火花。

“在讀博期間，我作為一個(gè)物理學(xué)的學(xué)生，寫的代碼可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過計(jì)算機(jī)系的學(xué)生了。”郭楚表示，在讀博士期間，他自己花了一年半的時(shí)間編程，用代碼實(shí)現(xiàn)了一整套張量網(wǎng)絡(luò)算法。他說，“其實(shí)那時(shí)我做的是一個(gè)比較基礎(chǔ)性的工作，費(fèi)了很長(zhǎng)的時(shí)間，也因此不能像同學(xué)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(shí)間，我也沒有用上過。”

然而，機(jī)會(huì)總是留給有準(zhǔn)備的人，在這次的科研成果中，郭楚曾經(jīng)的看似“無(wú)用功”，卻成了核心技術(shù)之一。

說起自己跨界到超算領(lǐng)域，甚至拿下國(guó)際大獎(jiǎng)的經(jīng)歷，郭楚笑著說：“能夠和超算團(tuán)隊(duì)合作完全是一次機(jī)緣巧合，我們是2019年碰巧在一次學(xué)術(shù)會(huì)議上遇到的，互相聊起各自的研究，了解到各自的優(yōu)勢(shì)和需求，才發(fā)現(xiàn)有合作的機(jī)會(huì)。事實(shí)上，我們是完全不相關(guān)的兩個(gè)領(lǐng)域?！?/span>

在團(tuán)隊(duì)中，郭楚已經(jīng)算是“老人”了，他表示，團(tuán)隊(duì)中的年輕人永遠(yuǎn)是奮戰(zhàn)在最前線的“拼命三郎”，充滿了熱情和沖勁。

作為團(tuán)隊(duì)成員之一的吳汶釗，曾用一整晚的時(shí)間將一個(gè)好的算法在機(jī)器上實(shí)現(xiàn)了，直接將整個(gè)項(xiàng)目的運(yùn)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(xué)地學(xué)系的一名碩士研究生，畢業(yè)后到國(guó)家超級(jí)計(jì)算無(wú)錫中心工作，自2020年開始負(fù)責(zé)新一代神威超算平臺(tái)深度學(xué)習(xí)框架的開發(fā)工作?！霸诘貙W(xué)系學(xué)習(xí)期間，系里一直鼓勵(lì)學(xué)科交叉。如今，我很榮幸自己可以將所學(xué)知識(shí)不斷嘗試運(yùn)用到新的領(lǐng)域中?！眳倾脶撜f。

此次獲獎(jiǎng)也是清華大學(xué)超算團(tuán)隊(duì)第三次獲得“戈登·貝爾”獎(jiǎng)。2016年到2017年，清華超算團(tuán)隊(duì)參與的大氣動(dòng)力方程求解器、領(lǐng)銜的非線性地震模擬工作，分別實(shí)現(xiàn)了我國(guó)近30年來在這個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)上“零”的突破和蟬聯(lián)。

作為團(tuán)隊(duì)核心成員，付昊桓表示，“跨界”已經(jīng)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(gè)很好的硬件基礎(chǔ)，最終是要通過學(xué)科交叉等方式，讓超級(jí)計(jì)算真正服務(wù)于經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的各個(gè)方面，這才能真正體現(xiàn)出超算的價(jià)值?！备蛾换刚f。

來源：中國(guó)青年報(bào)