近日|天目Tech+解读：获超算界“诺贝尔奖”中国团队研发量子模拟器有何厉害之处？近日

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近日，超算界的“诺贝尔奖”颁出，基于我国新一代神威（Sunway）超级计算机的应用——神威量子模拟器（SWQSIM）获奖。
成果背后是中国科研的力量。神威量子模拟器由之江实验室联合清华大学、国家超级计算无锡中心、上海量子科学研究中心等单位研发。
何为量子模拟器？神威量子模拟器有多强大？《天目Tech+》采访了之江实验室科研发展部部长赵志峰。

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提出系统化设计流程
何谓量子模拟器？
近年来，因为在一些典型问题上显示出超强大的计算性能，量子计算机备受关注。
神威量子模拟器，确切地说，并非量子计算机，而是基于超级计算机，模拟量子计算工作过程的科学研究软件。
如何理解神威量子模拟器的“模拟”？赵志峰举了个例子，就像开发手机应用软件，一款新的应用软件往往不会直接装载进手机，而是需要先在手机模拟器中进行测试，功能测试完成后才能被下载到手机中去测试。
“手机模拟器模拟了手机的工作过程。量子模拟器亦然，它不是量子计算机，但是却能够通过软件形式，模拟不同的量子态以及量子计算机的工作过程。 ”
在这项成果中，科研人员提出了新颖的系统化设计流程，包括近似最优的张量网络并行切分和收缩方法，及混合精度算法适配，可高效扩展至数千万CPU核并行计算。
赵志峰说，神威量子模拟器采用的张量网络方法，通过网络中边和点的图形关系，来表达相关内容，极大缩减了存储所需空间和计算量，从而可提高模拟的比特数量。
同时，因为采用张量网络方法，神威量子模拟器的计算任务可实现切分， “可以把计算任务切分后发布到上千万个CPU核上来并行执行。 ”赵志峰说。

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每秒计算4.4百亿亿次
性能媲美“悬铃木”
虽带“模拟”二字，但神威量子模拟器的性能并不逊色于现有的量子计算机原型机。
每秒运算次数是衡量计算机性能的一个重要单位。基于创新的系统设计流程，支撑神威量子模拟器的新一代超级计算机可以提供每秒4.4百亿亿次的持续计算性能。
“在超算领域内，神威量子模拟器发挥了全世界目前已知的最高的混合精度计算性能。 ”赵志峰说。
2019年，谷歌推出量子计算机“悬铃木” ，仅需200秒就能对一个量子随机线路取样一百万次，采样任务保真度为0.2% 。计算同样的任务，用传统的计算方法， IBM研发的超级计算机Summit需要一万年。
而神威量子模拟器则可在304秒以内得到比“悬铃木”更高保真度的关联样本取样任务，在一星期内得到同样数量的无关联样本。
“这是神威量子模拟器的重要意义，可以说打破了谷歌宣称的‘量子霸权’的论断。 ”赵志峰说。
此外，神威量子模拟器还可在60小时内完成比“悬铃木”更加复杂的1000多倍的量子线路模拟，实现100至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坚实的模拟支撑。

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将继续优化算法算力
反哺量子计算机研发
算力时代来临，凭借强大运算性能，量子计算机被寄予厚望。业界普遍预计，量子计算将有可能在人工智能、新材料设计、药物开发以及复杂优化调度等方向带来新的革命。