图：中国超算应用团队基于新一代神威超级计算机研发的“超大规模量子随机电路实时模拟”（SWQSIM）成果获二0二一年度“戈登贝尔奖”。
美国时间11月18日下午，超级计算应用领域国际最高奖项、被称为“超算领域诺贝尔奖”的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，中国超算应用团队基于新一代神威超级计算机研发的“超大规模量子随机电路实时模拟”（SWQSIM）成果获此殊荣。该成果可提供每秒4.4百亿亿次的持续计算性能，是全世界目前已知的最高混合精度浮点计算性能，可在304秒以内得到百万更高保真度的关联样本，打破谷歌公司悬铃木系统的“量子霸权”。
综合澎湃新闻、科技日报、无锡日报报道：“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。今年的戈登贝尔奖决赛有6个项目，涉及量子计算、分子动力学、光谱学及核聚变等多个领域。
“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。
该团队负责人刘鑫介绍，与“悬铃木”200秒完成百万0.2%保真度采样任务相比较，“顶点”需要一万年完成同等复杂度的模拟，SWQSIM则可在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，打破其所宣称的“量子霸权”。
在刘鑫看来，该软件还可在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。
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。
另有两项应用入围
今年，我国共有3项超算应用入围戈登贝尔奖，除获奖团队应用外，另外两项应用分别是“千万核可扩展第一性原理拉曼光谱模拟”和“多架构大规模并行保辛结构电磁全动理学等离子体模拟”，3项应用都曾在此前举行的2021全国高性能计算学术年会（HPC China 2021）上作报告。
清华团队三夺奖 学科交叉育人才
图：付昊桓(左二)与吴汶钊(右一)等团队成员讨论优化方案。
综合澎湃新闻、新华社报道：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已是第三次摘得戈登贝尔奖，他曾于2016年和2017年蝉联这一超算领域最高奖项，2016年及2017年，清华超算团队参与的大气动力方程求解器以及领衔的非线性地震模拟工作，因高效实现了模型的大规模并行扩展，并大幅提升了时空分辨率和关键现象刻画能力，实现了中国近30年来在戈登贝尔奖上零的突破和蝉联。
付昊桓在本科、硕士、博士阶段攻读的都是计算机科学，在博士后阶段，他突然转向研究地球物理。“其实超级计算机本身就是一个跨学科平台。”付昊桓说，超级计算机是由各个不同科学领域的科学家用户用来解决“宇宙的起源”“黑洞的形成”等超级问题的一个交叉平台。“这和跨学科、跨机构的研究团队是一样的，只有上下都贯穿起来，才能系统性地解决问题。”
作为今年获奖团队成员之一的吴汶钊，曾是清华大学地学系的一名硕士研究生，毕业后到国家超级计算无锡中心工作。“在地学系学习期间，系里一直鼓励学科交叉，让我可以将所学知识不断尝试运用至新的领域中。”吴汶钊说。
话你知 | 量子霸权
“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”。
世界超算诺奖 中国展现实力
2016年
中国超算应用团队(“神威.太湖之光”)获得戈登贝尔奖，也是30年来中国首次获奖，第一次将中国超算应用带到了世界舞台中央。
2017年
由清华大学地球系统科学系付昊桓等共同领导的团队所完成的“非线性地震模拟”获得戈登贝尔奖。
2020年
一支由中美科学家组成的团队凭借“结合分子建模、机器学习和高性能计算相关方法，将具有从头算精度的分子动力学模拟的极限提升至1亿个原子规模”获奖。在这个8人组成的研究团队中，有7名都是华人。
2021年
中国超算应用团队凭借基于中国新一代神威超级计算机的应用“超大规模量子随机电路实时模拟”(SWQSIM)获2021年度“戈登贝尔奖”。
