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当超级计算机遇到量子计算，会擦出什么样的火花？前不久，来自中国的超算应用团队凭借量子计算模拟器——“超大规模量子随机电路实时模拟”项目，斩获了超级计算应用领域国际最高奖“戈登·贝尔”奖。
鲜为人知的是，超算大奖背后是一支多学科交叉、富有青春朝气的中国“梦之队”。团队成员有来自之江实验室及国家超级计算无锡中心的刘勇、刘鑫等9名成员，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，获奖时平均年龄34岁。其中，刘鑫、付昊桓、郭楚、陈德训为成果论文的共同通信作者。
论文共同通信作者、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告诉中青报·中青网记者，此次斩获大奖，也充分发挥了跨学科交叉团队“强强联合”的力量，所涉专业横跨计算机、数学、物理和量子计算等多个学科。
“我们这次所做的工作就是针对量子计算进行的一次超级计算机的应用。这个团队既有研究超算的人，也有研究量子的人，还有数学、物理等方面的专家，大家一起从各自擅长的层面来做融合性的创新。我想这也是最终获奖的重要原因。”付昊桓说。
量子计算有其独有的性能优势，许多国家的科学家都在试图研发量子计算机。然而，随着量子计算机规模的扩展，如何验证量子计算机的准确率，成了目前量子计算机研发的主要瓶颈之一。中国超算应用团队的这项最新研究，在之前工作的基础上，提出了一套自己独有的算法，实现了准实时的量子模拟，让人们离未来量子计算机的诞生更近了一步。
在某些应用场景中，量子计算设备可以表现出传统计算机无法企及的性能优势。这也是科学界常说的“量子霸权”。
“为什么一定要用经典计算机验证？这是因为要制造一个量子计算机，首先要确保计算结果的准确率。但是，量子计算机的运行时间是以秒算的，而通过经典计算机验证却要以‘天’，甚至以‘年’为单位来计算，因此现在量子计算机研发的主要困难之一就在于，如何找到一个好的算法，让验证工作快一点。”团队成员之一、来自上海量子科学研究中心的郭楚解释道。
为了翻越如此大的复杂障碍，团队从量子模拟算法、张量网络图的分割方法、收缩路径优化，再到与超算硬件底层相关的tensor算子优化等多个层面开展工作，真正做到了应用、算法和架构的融合考虑，实现了基于新一代神威超算的准实时量子电路模拟。
“我认为多学科交叉在我们的工作中发挥着非常重要的作用，是研究可以顺利推进的重要原因。”作为研究量子的青年科研人员，32岁的郭楚在读博士期间的一次“跨界”让超算和量子计算这两个毫不相关的领域碰撞出火花。
“在读博期间，我作为一个物理学的学生，写的代码可能远远超过计算机系的学生了。”郭楚表示，在读博士期间，他自己花了一年半的时间编程，用代码实现了一整套张量网络算法。他说，“其实那时我做的是一个比较基础性的工作，费了很长的时间，也因此不能像同学一样发表那么多论文，甚至这套代码在读博期间乃至毕业后一段时间，我也没有用上过。”
然而，机会总是留给有准备的人，在这次的科研成果中，郭楚曾经的看似“无用功”，却成了核心技术之一。
说起自己跨界到超算领域，甚至拿下国际大奖的经历，郭楚笑着说：“能够和超算团队合作完全是一次机缘巧合，我们是2019年碰巧在一次学术会议上遇到的，互相聊起各自的研究，了解到各自的优势和需求，才发现有合作的机会。事实上，我们是完全不相关的两个领域。”
在团队中，郭楚已经算是“老人”了，他表示，团队中的年轻人永远是奋战在最前线的“拼命三郎”，充满了热情和冲劲。
作为团队成员之一的吴汶钊，曾用一整晚的时间将一个好的算法在机器上实现了，直接将整个项目的运算效率提升了10倍以上，这令郭楚印象深刻。
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，自2020年开始负责新一代神威超算平台深度学习框架的开发工作。“在地学系学习期间，系里一直鼓励学科交叉。如今，我很荣幸自己可以将所学知识不断尝试运用到新的领域中。”吴汶钊说。
此次获奖也是清华大学超算团队第三次获得“戈登·贝尔”奖。2016年到2017年，清华超算团队参与的大气动力方程求解器、领衔的非线性地震模拟工作，分别实现了我国近30年来在这个奖项上“零”的突破和蝉联。
作为团队核心成员，付昊桓表示，“跨界”已经成为自己工作的日常。
“我们不能为了超算而超算，我们有了一个很好的硬件基础，最终是要通过学科交叉等方式，让超级计算真正服务于经济社会发展的各个方面，这才能真正体现出超算的价值。”付昊桓说。
中青报·中青网记者 叶雨婷
