亮点成果

我国量子计算机模拟取得重大突破:实现45量子比特模拟

来源:武汉大学物理科学与技术学院 发布时间:2017-11-06 21:48:39 点击次数:

      在传统电子计算机上模拟通用量子计算机(Universal Quantum Computer)是一个非常具有挑战性的前沿研究。目前由武汉大学物理科学与技术学院袁声军教授、德国于利希超算中心金丰平研究员、Kristel Michielsen 教授和荷兰格罗宁根大学Hans De Raedt 教授组成的研究团队联合攻关,首次在中国国家超级计算无锡中心的神威·太湖之光超级计算机上实现了一系列通用量子计算机的模拟,实现45量子比特模拟,追平了目前的世界纪录。
      量子计算是一种遵循量子力学基本原理来进行运算的新型计算模式,其调控的基本单元为量子比特(Qubit)。实现通用量子计算机所面临的难题之一就是可扩展性。在计算机模拟中,每增加一个量子比特就需要将计算机的内存增加一倍。例如模拟一个拥有45个量子比特的量子计算机,需要至少0.5 PetaBytes (约0.5x1015 字节)的内存。如此大规模的运算只能在世界上排名靠前的几台超级计算机上完成。除了需要足够多的内存,通用量子计算机的模拟对中心处理器(CPU)的计算能力,节点之间的通信速度和稳定性,以及模拟平台和软件的并行化都具有非常高的要求。
      这次在国家超级计算无锡中心的大力支持下,该研究团队在世界排名第一的神威·太湖之光超级计算机上成功模拟了具有不同量子比特的通用量子计算机,实现了包括Hadamard门操作、CNOT门操作、量子加法以及量子比特测量等在内的量子电路模拟。量子比特的数目从几个逐步增加到45个。模拟中最高曾占用131072 个CPU核心,大约是整台机器CPU核心总数的80%。神威·太湖之光使用的是国产的“申威26010”众核处理器,计算节点之间的网络通信有非常好的稳定性和并行性。
      该团队成员此前曾多次创造了通用量子计算机模拟的世界记录,包括2010年和2011年在德国于利希IBM BlueGene超级计算机上先后实现了42和43个量子比特的模拟,2017年在日本神户的K 超级计算机上首次实现了45个量子比特的模拟。目前在神威·太湖之光超级计算机上的模拟主要是在处理器的主核中进行,如何利用每个处理器中的众核以加快量子计算机模拟,将是该团队下一个极具挑战性的工作。

关闭信息】  【打印信息