問：此次“超大規(guī)模量子隨機電路實時模擬”（SWQSIM）應(yīng)用一舉打破谷歌當(dāng)年提出的所謂“量子霸權(quán)”，請問團隊為什么會想到去做這樣一個模擬？

   郭楚：從硬件上來說，我們研發(fā)新一代神威超算的目的，就是為了支持高性能計算，通過數(shù)千萬核的并行，以及每秒數(shù)百億次的計算性能，將很多原本很難解決的問題快速求解出來。

   當(dāng)然，這么大規(guī)模的并行計算，在實踐過程中會有很多實際困難，其中最重要的是計算不僅要高效，更要準(zhǔn)確，任何一個節(jié)點的計算錯誤都可能對最終計算結(jié)果造成致命的影響。為了實現(xiàn)又快又準(zhǔn)，我們在前期做了大量可靠性測試準(zhǔn)備，以保證新一代神威超算在關(guān)鍵時刻不掉鏈子。

   另外，我們還需要考慮長時間、高強度整機運行時的能耗及散熱問題。從軟件上來說，由于神威系列完全是自主研發(fā)的，所以軟件一系列基礎(chǔ)庫需要根據(jù)芯片的特色定制優(yōu)化，這樣一來才能最大程度地發(fā)揮出硬件的潛力。

   在這方面我們前期已經(jīng)做了很多準(zhǔn)備工作，比如自主研制高效基礎(chǔ)現(xiàn)行代數(shù)庫，包括矩陣乘法等。同時，我們也提供了多層次數(shù)據(jù)交互軟件接口，以最大程度緩解數(shù)據(jù)方程強度問題。

   這些基礎(chǔ)科學(xué)計算軟件也是和國內(nèi)眾多單位聯(lián)合完成的，包括清華大學(xué)、中科院軟件研究所和國家超算無錫中心等。事實上，正是由于在這些基礎(chǔ)軟件庫上的充分準(zhǔn)備，才使我們能在較短的時間內(nèi)，在量子計算模擬這個較為新穎的領(lǐng)域做出世界領(lǐng)先的計算成果。

   問：在付諸于實操之前，針對這項應(yīng)用團隊分別在軟件和硬件上做了哪些具體準(zhǔn)備？

   郭楚：模擬“量子霸權(quán)”的項目始于2020年初。當(dāng)時我們正與上海量子科學(xué)研究中心開展交流，他們正在進(jìn)行“祖沖之”號量子計算機的研發(fā)，而我們這一次獲獎團隊中的兩位成員正是來自上海量子科學(xué)研究中心，他們負(fù)責(zé)“祖沖之”號的算法設(shè)計和經(jīng)典驗證。討論之后，我們決定共同開展這個項目。

   項目剛開始時，我們給自己定的目標(biāo)之一是把模擬谷歌“懸鈴木”量子計算芯片的時間縮短到200秒以內(nèi)。后來在實現(xiàn)過程中遇到了很多困難，我們也陸續(xù)克服了這些困難，最終，我們的計算時間是304秒，達(dá)到了世界領(lǐng)先水平，但這離我們預(yù)期還有一些差距。這一量子經(jīng)典計算的性能之爭，也是這個問題本身科學(xué)性的體現(xiàn)，這種競爭可以將兩個領(lǐng)域的技術(shù)都推向極致，無論是對于量子計算還是經(jīng)典高性能計算，都會有很大的促進(jìn)作用。

   我們也了解到，在“懸鈴木”和“祖沖之”號這些量子計算芯片研發(fā)測試中，經(jīng)典驗證是芯片迭代過程中的短板，往往量子計算芯片在短時間內(nèi)會采集到大量的數(shù)據(jù)，而這些數(shù)據(jù)則需要通過經(jīng)典計算機進(jìn)行驗算，才可以用來刻畫當(dāng)前量子芯片的性能參數(shù)。我們也希望通過新一代神威超算提供的高性能計算來彌補這一短板，從而加速新一代量子計算芯片的研發(fā)。■