中國團隊“百億億級超算模擬量子”斬獲2021年戈登貝爾獎

　　在近日舉辦的hybrid virtual/in-person SC21會議上，來自之江實驗室、清華及無錫超算中心的14人組成的中國研究團隊斬獲今年超算領(lǐng)域最高獎項戈登貝爾獎——利用新的百億億級雙威系統(tǒng)模擬量子電路。

　　據(jù)了解，戈登貝爾獎(GORDON BELL PRIZE)，設(shè)立于1987年，是國際上高性能計算應(yīng)用領(lǐng)域的最高學(xué)術(shù)獎項，被稱為“超算領(lǐng)域的諾貝爾獎”，主要頒發(fā)給高性能應(yīng)用領(lǐng)域最杰出成就，由ACM每年評選和頒發(fā)，具有較大的國際影響力。獲獎?wù)邔@得由HPC先驅(qū)Gordon Bell提供1萬美元的獎金。

　　ACM 旨在“跟蹤并行計算隨時間的進(jìn)展，特別強調(diào)將高性能計算應(yīng)用于科學(xué)、工程和大規(guī)模數(shù)據(jù)分析領(lǐng)域的創(chuàng)新獎勵。”。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(xué)、光譜學(xué)及核聚變等多個領(lǐng)域。

　　附：2021年ACM戈登貝爾獎獲得者

　　縮小“量子霸權(quán)”鴻溝：使用新型雙威超級計算機實現(xiàn)隨機量子電路模擬

　　來自于浙江實驗室、清華大學(xué)、無錫國家超級計算中心和上海量子科學(xué)研究中心的14名研究人員利用大規(guī)模新雙威百億億次系統(tǒng)對量子進(jìn)行了開創(chuàng)性的電路模擬。

　　“隨著谷歌在2019 年發(fā)表的“量子霸權(quán)”宣言，聲稱Sycamore超導(dǎo)量子計算機比Summit 快十億倍以上，量子時代的黎明開始以更積極的方式展開，”研究人員寫道，“IBM研究團隊后來回應(yīng)認(rèn)為，他們可以在經(jīng)典的Summit 超級計算機上完成模擬……是在幾天之內(nèi)，而不是1萬 年?！?/p>

　　該團隊使用隨機量子電路的量子態(tài)采樣作為解決這一備受爭議的量子優(yōu)勢的示例問題。研究人員的隨機量子電路模擬器，結(jié)合Sunway exascale系統(tǒng)的強大功能，模擬了一個 10×10(量子位)×(1+40+1)(深度) 的電路，持續(xù)性能達(dá)到驚人的120億億次單精確計算或440億億次混合精度計算，研究人員稱這是“量子電路經(jīng)典模擬的新里程碑”。他們將模擬采樣時間從之前估計的1萬年減少到304 秒。

　　*上圖由研究人員提供，主要經(jīng)典隨機量子電路模擬總結(jié)。X軸表示量子比特的數(shù)量；Y軸表示所需的相應(yīng)內(nèi)存空間；圓圈和矩形的大小表示電路的復(fù)雜性/深度。

　　ACM戈登貝爾獎提名：

　　在量子模擬研究獲得獎項的同時，其他五項被提名代表了對世界上一些最緊迫的研究應(yīng)用的最深入研究。

　　·Anton 3：午餐前的20微秒分子動力學(xué)模擬

　　多達(dá) 67 名研究人員參與了這項研究，最終開發(fā)出了由D.E. Shaw設(shè)計和建造的專用Anton 3分子動力學(xué)超級計算機。研究人員報告說，Anton 3能夠以每天100微秒的速度在512個節(jié)點上模擬一百萬個原子，每模擬1微秒的能量比任何其他機器都要少一個數(shù)量級。為實現(xiàn)這一壯舉，他們實施了一系列架構(gòu)和算法改進(jìn)，包括一個新的自定義網(wǎng)絡(luò)、不同精度的專門的成對交互，以及一個名為“曼哈頓方法”、用于解決非綁定交互的新方法。

　　·“富岳（Fugaku）”超級計算機上的400萬億網(wǎng)格Vlasov模擬：宇宙遺跡中中微子在六維相空間中的大規(guī)模分布

　　研究人員通過對宇宙遺跡中微子的大規(guī)模模擬，結(jié)合冷暗物質(zhì)的 N 體模擬。他們最大的模擬跨越了400萬億個網(wǎng)格和3300億天體的計算，“精準(zhǔn)地再現(xiàn)了宇宙中中微子的非線性動力學(xué)?！痹凇案辉馈鄙线M(jìn)行優(yōu)化后，研究人員擴展了147,456個節(jié)點，顯示出高達(dá)96%的弱縮放和高達(dá)93%的強縮放。

　　·托卡馬克等離子體中111.3萬億個粒子和257億個網(wǎng)格的的保辛結(jié)構(gòu)粒子全體積模擬

　　托卡馬克，一種利用磁約束來實現(xiàn)受控核聚變的環(huán)性容器。來自中國的十幾名研究人員使用新的神威（Sunway）系統(tǒng)模擬了托卡馬克的全體積約束環(huán)面等離子體。這些模擬達(dá)到了111.3萬億個粒子和257億個網(wǎng)格，實現(xiàn)了超過201 petaflops雙精度的持續(xù)性能，最快的迭代步數(shù)達(dá)到298.2。

　　·中國領(lǐng)先高性能計算系統(tǒng)的極尺度 從頭計算（Ab Initio）量子拉曼光譜模擬

　　這項研究也利用了新的神威百億億次系統(tǒng)，將拉曼光譜——一種結(jié)構(gòu)指紋——推向了新的極限。這十幾名來自中國的研究人員解釋稱，“拉曼光譜提供了化學(xué)和成分信息，可以作為各種材料的結(jié)構(gòu)指紋。因此，包括量子微擾分析和基態(tài)計算在內(nèi)的拉曼光譜的模擬都具有重要意義。”生物材料的拉曼光譜的全量子力學(xué)模擬已被證明特別困難，在這里，研究人員進(jìn)行了“快速、準(zhǔn)確、大規(guī)模并行的真實生物系統(tǒng)拉曼光譜全從頭計算模擬”，多達(dá)3006個原子，雙精度達(dá)到468.5 petaflops ，混合半精度達(dá)到813.7 petaflops，這表明“QM方法在生物系統(tǒng)中的新應(yīng)用潛力”。

　　·碳在極端條件和實驗時間和長度尺度下的十億原子分子動力學(xué)模擬

　　這些研究人員在極端壓力和極端溫度下觀察到了碳“長期尋找”的BC8相。為此，他們在美國領(lǐng)導(dǎo)力峰會系統(tǒng)上運行，在24 時內(nèi)指揮4650個節(jié)點，并展示了“SNAP [分子動力學(xué)] 前所未有的擴展性和無與倫比的現(xiàn)實世界性能”。代表模擬物理時間納秒，模擬實現(xiàn)了超過97%的并行效率和50 petaflops的峰值計算能力，用于跨越Summit近 28,000 個GPU上進(jìn)行了200億原子分子動力學(xué)模擬。研究人員稱，這一紀(jì)錄為620萬個原子步/節(jié)點秒，是之前紀(jì)錄的工作的22.9倍。

　　轉(zhuǎn)自：C114通信網(wǎng)

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