2020 ASC世界大學生超算競賽初賽階段已經正式啟動，來自全球的300多支高校參賽隊將挑戰當下最潮流的應用量子計算，使用超級計算機模擬并優化量子模擬算法，并盡可能地降低計算需求。這道賽題由鵬城實驗室、高效能服務器和存儲技術國家重點實驗室聯合支持。

可能很多人想問，今年ASC競賽為何設置這一賽題？量子計算與超算又有何聯系？下面我就來做一個解答。

高效能服務器和存儲技術國家重點實驗室 劉羽博士

量子計算：下一代計算發展方向

超算對科學發展的作用不言而喻，但超算的計算能力雖然增長很快，卻依然無法滿足人們的需求。而且，超算基于經典半導體芯片，不可能無限的發展下去。因此，直接使用基于量子行為的量子計算就成了后摩爾定律時代的最有可能的計算發展方向，也是最有潛力的計算方式。目前已知的一些量子算法相較于經典算法表現出了量級或指數級的加速。

量子計算已經成為計算科學的最前沿、世界各國爭搶的技術高地。近年來量子計算的研究取了突飛猛進的進展，去年10月底，谷歌在《自然》雜志上發表使用53個量子比特實現的量子霸權，展示了量子計算強大的優勢。

量子模擬：研究量子計算的重要方法

然而由于量子比特的敏感性，使得量子計算機的發展非常緩慢，目前已經設計和制造出的量子計算機僅僅是雛形，而且也不穩定。科學家們很難使用真正的量子計算機來更深入的研究粒子物理建模、密碼學、基因工程、量子機器學習等重大問題。為了研究量子算法，最好的辦法就是量子模擬，也就是使用經典的超級計算機來模擬量子計算，它為人類在真正的量子計算機出現之前研究量子算法提供了一個可靠的平臺。

但是量子模擬對計算和內存的需求巨大，計算量和內存量與所模擬的量子比特數成2的冪次方的關系，因此即使是現今最強大的超級計算機也僅能模擬 50多個量子比特。在這種情況下，如何更高效地簡化計算、優化內存，以及大規模高效地使用超算，是量子計算模擬需要重點考慮的課題。

競賽首設量子模擬賽題

2020 ASC世界大學生超算競賽首次設置了前沿的量子計算模擬賽題，各參賽隊伍需要在經典超級計算機上使用QuEST軟件，模擬使用30個量子比特組成的量子隨機線路和量子快速傅里葉變換量子線路。這對計算和內存有一定的需求，要求參賽學生不僅具備扎實的超算基本功，還必須對量子計算的背景、原理和基礎知識有較深入的認識，從而找到合適的優化方法，盡可能地縮短程序的運行時間或降低對計算資源的依賴。

ASC20選用的QuEST量子計算模擬器是世界上較早開發出來的量子計算模擬程序之一，具有較強的代表性。賽題涉及知名的量子算法所對應的量子線路模擬，有助于激發參賽隊員對量子計算、量子算法、量子模擬的興趣。希望參賽隊員充分發揮聰明才智，勇于挑戰和創新，分析和研究如何優化程序以更高效地完成量子計算模擬，認識和了解未來計算發展的方向。

總結

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