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我國量子計算機模擬取得重大突破:實現45量子比特模擬

來源:MG娱乐官网  發布時間:2017-11-06 21:48:39 點擊次數:

在傳統電子計算機上模擬通用量子計算機(Universal Quantum Computer)是一個非常具有挑戰性的前沿研究。目前由MG娱乐官网袁聲軍教授、德國于利希超算中心金豐平研究員、Kristel Michielsen 教授和荷蘭格羅寧根大學Hans De Raedt 教授組成的研究團隊聯合攻關,首次在中國國家超級計算無錫中心的神威·太湖之光超級計算機上實現了一系列通用量子計算機的模擬,實現45量子比特模擬,追平了目前的世界紀錄。

量子計算是一種遵循量子力學基本原理來進行運算的新型計算模式,其調控的基本單元為量子比特(Qubit)。實現通用量子計算機所面臨的難題之一就是可擴展性。在計算機模擬中,每增加一個量子比特就需要將計算機的內存增加一倍。例如模擬一個擁有45個量子比特的量子計算機,需要至少0.5 PetaBytes (約0.5x1015字節)的內存。如此大規模的運算只能在世界上排名靠前的幾臺超級計算機上完成。除了需要足夠多的內存,通用量子計算機的模擬對中心處理器(CPU)的計算能力,節點之間的通信速度和穩定性,以及模擬平臺和軟件的并行化都具有非常高的要求。

這次在國家超級計算無錫中心的大力支持下,該研究團隊在世界排名第一的神威·太湖之光超級計算機上成功模擬了具有不同量子比特的通用量子計算機,實現了包括Hadamard門操作、CNOT門操作、量子加法以及量子比特測量等在內的量子電路模擬。量子比特的數目從幾個逐步增加到45個。模擬中最高曾占用131072 個CPU核心,大約是整臺機器CPU核心總數的80%。神威·太湖之光使用的是國產的“申威26010”眾核處理器,計算節點之間的網絡通信有非常好的穩定性和并行性。

該團隊成員此前曾多次創造了通用量子計算機模擬的世界記錄,包括2010年和2011年在德國于利希IBM BlueGene超級計算機上先后實現了42和43個量子比特的模擬,2017年在日本神戶的K 超級計算機上首次實現了45個量子比特的模擬。目前在神威·太湖之光超級計算機上的模擬主要是在處理器的主核中進行,如何利用每個處理器中的眾核以加快量子計算機模擬,將是該團隊下一個極具挑戰性的工作。

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