CCF YOCSEF郑州举办“新一代紧耦合‘量超融合’计算平台的关键技术与实现途径”深度技术论坛

（2024.07.27）

当前量子计算和超级计算正逐渐融合，形成一种混合计算模式，以取长补短，在NISQ时代解决更多有价值的实际问题。近年来，基于云平台的松耦合“量超融合”计算平台已经实现，但由于软硬件技术的限制，集成化的紧耦合“量超融合”计算平台仍处于探索和研制阶段。值此背景，2024年7月27日，“新一代紧耦合‘量超融合’计算平台的关键技术与实现途径”深度技术论坛（编号CCF-Yo-24-148）在国家超级计算郑州中心举办。本次论坛由中国计算机学会（CCF）主办，CCF YOCSEF郑州承办，分为上下午两个环节。上午的“量超融合”前沿技术报告会邀请了五位业内专家分享前沿学术成果，下午的两场深度技术讨论会分别围绕体系结构、技术路径、编程模型和算法构造相关的四个议题展开了深度技术思辨。

本次论坛，邀请了郑州大学国家超级计算郑州中心主任商建东、CCF YOCSEF郑州老主席信息工程大学网络空间安全学院首席专家单征、CCF YOCSEF郑州首届主席郑州大学教授周清雷、中国科学院物理研究所研究员范桁、北京量子信息科学研究院研究员金贻荣、浙江大学研究员王震、中国科学技术大学教授曹刚、军事科学院国防科技创新研究院研究员强晓刚、中国科学技术大学正高级工程师周经纬、国家高性能计算机工程技术研究中心副总工卢麒麟、清华大学教授刘建设、CCF YOCSEF郑州老主席水利部黄河水利委员会首席专家寇怀忠等业内专家学者，还有CCF YOCSEF郑州AC委员及全国各分论坛的伙伴们。

郑州大学国家超级计算郑州中心副教授陈强和信息工程大学数学工程与先进计算国家重点实验室穆清担任本次论坛的执行主席。数学工程与先进计算国家重点实验室赵博、网络空间安全技术国家地方联合工程实验室陆丽、河南大学副教授穆辉宇担任论坛线上主席。

郑州中心的“经典+量子”建设

论坛开场，商建东发表了热情洋溢的致辞，并带来了《国家超级计算郑州中心“经典+量子”建设与赋能行业发展》的主题报告。他不仅梳理了“经典+量子”融合计算的发展趋势和面临的挑战，还分享了郑州中心在高效协同计算技术研究上的突破性成果。他详细介绍了超导量子芯片关键器件的模拟仿真建模技术，以及领域专用的高效能量子函数库和协同计算系统，为超级计算领域带来了新的启示。

云端量子计算的探索之旅

中国科学研究院物理研究所研究员范珩通过线上报告《量子计算云平台与量子模拟》，为与会者带来了一场关于量子计算现状、挑战和应用基础研究的精彩演讲。他详细介绍了“夸父”量子计算云平台的发展现状和应用概况，以及基于量子云平台的科学研究进展。他还分享了多比特超导量子模拟的系列成果，展示了量子计算在云端的无限潜力。

超导量子比特的工艺革新

北京量子信息科学研究院研究员金贻荣在《超导量子比特：材料与工艺》的报告中，深入探讨了量子比特的类型、实验途径以及超导量子比特的设计优化。他从降低噪声、提高量子比特稳定性的角度出发，结合超导量子芯片的制备工艺，为大规模量子芯片设计提供了新的视角和解决方案。

硅基光量子计算的未来展望

军事科学院国防科技创新研究院研究员强晓刚在《硅基集成光学量子计算技术研究》的报告中，全面介绍了硅基光量子芯片技术的发展历程和研究进展。他深入探讨了集成光学量子计算系统的实现，包括工艺设计、技术突破和自研设备等关键工程技术问题，并以量子漫步模型为例，分享了算法与应用研究的最新进展。

超算互联网与“量超融合”的探索

国家高性能计算机工程技术研究中心副总工卢麒麟在《超算互联网及“量超融合”探索》的报告中，深入分析了超算互联网的建设现状和“量超融合”计算平台的探索路径。他的报告不仅为与会者提供了超算互联网的宏观视角，更为“量超融合”计算平台的未来发展指明了方向。

“量超融合”深度技术思辨

本次论坛不仅有学术大咖的前沿分享，更有思辨的火花碰撞。在下午的深度技术讨论会环节中，报告嘉宾、思辨嘉宾与特邀参会人员重点围绕 “量超融合”的最优紧耦合架构是什么形式？“量超融合”应该走应用驱动还是功能驱动的路线？未来经典-量子混合编程模型的一般形式？针对大规模科学、工程计算问题，如何有效去设计经典-量子混合算法？等四个议题，通过深入的思辨交流和灵感碰撞，形成了一系列宝贵的技术观点，以期为新一代“量超融合”计算平台的研制提供有价值的发展思路。

分论坛伊始，由CCF YOCSEF郑州分论坛主席任建吉开展了YOCSEF文化培训，为现场嘉宾深入了解YOCSEF的文化与精神，也为进一步交流与合作打下坚实基础。

随后，在围绕议题一“量超融合的最优紧耦合架构是什么形式？”的讨论中：

金贻荣强调了量子计算中经典计算的现有作用，并预见到未来量子计算将占据更主导的角色，特别是在量子计算机规模和精度提升后。

强晓刚提出，在量子计算系统建设初期就应考虑到与经典计算的物理融合，以及它们的独特物理要求，同时考虑到能耗和效率的潜在优势。

刘建设预测了量子计算与经典计算演化的三个阶段：从经典计算主导，到量子与经典计算的对称结构阶段，最终到量子计算主导的阶段。他同时指出，即使在量子计算主导的阶段，经典计算仍将继续发挥重要的支持作用。

卢麒麟则提出了一种更加去中心化的计算模式，其中量子计算和经典计算可能形成分布式的并行架构，而不是依赖于中心化的计算资源。他预测，未来的计算模式可能更灵活，更好地利用现有资源实现高效计算。

专家们普遍认为，量子计算的发展将是一个逐步接管更多计算任务的过程，而经典计算将继续在支持和补充量子计算中发挥关键作用。未来的计算架构可能会趋向于更加灵活和去中心化，充分利用量子计算的潜力来解决传统计算难以处理的问题。

在围绕议题二“量超融合未来应该走应用驱动还是功能驱动的路线？”的讨论中：

刘云龙认为量子计算在理论上具备很大潜力，但在实际应用中仍存在许多挑战和问题。他认为从工作实践来看量超融合的发展路径，功能驱动可以更好应对现实中的各种计算需求，同时也能充分发挥经典-量子计算的各自优势，该方式在解决特定问题的同时，还能保持系统的灵活性和扩展性。

强晓刚从硬件开发的逻辑出发阐述了量超融合的发展目标应是让平台规模更大、功能更强，两者融合不应局限于某一特定领域，而是要通过技术不断的创新和积累，为更多应用场景提供强有力的支持，基于此才能在激烈的市场竞争中立于不败之地，为用户创造更大价值。

曹刚从量超融合的应用场景为切入点，深入浅出的阐述了两者未来应用融合的宏远目标，他认为理论与实验需同步进行，要持续提升系统的性能和稳定性，通过不断的积累和改进，最终必然会到达引爆点，进而实现量子计算的全面应用。

专家们普遍认为量子计算目前正处于发展的关键时期，它在资源需求和实际应用方面面临诸多挑战。尽管存在技术难题，如量子比特的稳定性和错误纠正机制，但量子计算在特定领域，如化学模拟、密码破解等，具有显著的潜力和应用前景。专家们强调，量子计算的发展应当以解决实际问题为导向，通过技术创新和资源优化实现经典计算与量子计算的有效融合。

此外，专家们认为量子计算的长期发展需要功能上的突破，并借助应用背景来推动技术进步。他们提倡在量子计算平台的发展上兼顾功能驱动和应用驱动两种模式，以实现技术成熟和广泛应用。专家们还指出，随着量子计算机的普及和成本降低，量子计算的发展将从功能驱动转向应用驱动，最终实现在多个领域的突破性应用。

在围绕议题三“经典-量子混合编程模型的一般形式？”的讨论中：

黄栋强调了量子计算技术发展需经历“可用、好用、易用”的三个阶段，而目前我们正处于从“可用”向“好用”过渡的关键时期。他认为未来的编程层面上不一定需要区分经典和量子，他强调编程本身不需要关注底层计算是经典还是量子，对于用户而言只需专注于应用逻辑，而编辑器自动决定使用哪种计算资源，即根据需求调用相应资源，这种方式简化了编程过程而且还能达到最优效果。

赵博预测了经典编程模型及其在未来的发展方向，他指出编程模型的未来发展将呈现出更加多样化和复杂化的趋势。随着量子计算和人工智能等新兴技术的兴起，我们需要不断探索新的编程模型来适应这些新技术的发展，同时需要关注现有编程模型的优化和改进，以确保能够持续满足不断变化的任务需求。

张新认为未来经典量子混合编程模型的形式将会展现出多样性，不会仅存在一种形式，该多样性是以满足不同的需求和应用场景。

强晓刚从硬件角度出发阐述了对量子计算未来发展的前瞻性想法，他认为要让量子计算变得更为可用，需要在编程模型上进行突破。除了硬件的不断发展，编程模型上的进步也至关重要。未来需要通过提供统一且强大的工具支持，能够让量子计算更广泛地应用于实际问题，推动这一领域的快速发展。

刘建设指出未来经典-量子混合编程模型将逐渐走向深度融合模式，这种融合不仅是技术层面的叠加，更是计算模式与思维方式的一次革新。他认为在具体实现路径上，可借鉴传统电子线路设计的方法，结合量子计算的特点，构建出既符合物理规律又便于理解的混合量子线路模型。同时，未来我们需要不断探索新的技术和工具，以支持更加复杂和高效的混合量子计算任务。

专家们普遍认为量子计算目前正处于发展的关键时期，它在资源需求和实际应用方面面临诸多挑战。尽管存在技术难题，如量子比特的稳定性和错误纠正机制，但量子计算在特定领域，如化学模拟、密码破解等，具有显著的潜力和应用前景。他们强调，量子计算的发展应当以解决实际问题为导向，通过技术创新和资源优化实现经典计算与量子计算的有效融合。此外，量子计算的长期发展需要功能上的突破，并借助应用背景来推动技术进步。他们提倡在量子计算平台的发展上兼顾功能驱动和应用驱动两种模式，以实现技术成熟和广泛应用，并指出随着量子计算机的普及和成本降低，量子计算的发展将从功能驱动转向应用驱动，最终实现在多个领域的突破性应用。

在围绕议题四“大规模科学/工程计算问题中的经典-量子混合算法有效设计方法？”的讨论中：

陈强提出，对于大规模科学和工程计算问题，应当探索将经典数值模拟算法量子化的可能性，并寻找典型量子算法适配的经典科学与工程计算问题。他还提出了针对具体问题的数学物理特征，尝试将其分解为经典计算到量子计算单向执行的任务模式，针对两部分任务直接设计有效的经典-量子次序算法，实现充分发挥硬件算力的目的。

王俊超认为在经典-量子混合算法设计路径中，国内有相关科研团队已在某些领域中取得初步成果，他阐述了这种思路在理论上的可行性，提出在实际操作中仍然面临如何将经典数据高效转化为量子数据的巨大挑战。

张新提出采用折中方法可在实际应用中取得显著效果，该方法已在实验中得到验证，尤其在一些区域精度要求较低情况下能够显著提升计算精度，他强调，长远来看，这种折中的方法虽不能解决所有问题，但在实际应用中已展示了可行性和有效性。

赵博认为在大规模科学、工程计算问题上需要长期持续解决，对于时效性较强的应用问题应立足于现有硬件的限制来设计针对性的算法更为可行，总体来说，目前更需关注硬件限制问题如何设计在现有硬件水平上有效运行的算法。

单征强调了目前量子计算还无法在短时间内完全超越经典计算，他认为量子计算很难在数年内达到经典计算的水平，即使拥有真机也很难在科技等领域取得显著突破，未来我们需要在证明量子计算的真正优势问题上下功夫，这也是我们未来需要持续关注和努力的方向。

总结

本次深度技术论坛的讨论表明，量子计算和超级计算的融合是一个复杂而多维的过程，涉及技术、理论、应用和教育等多个层面。专家们的深入交流不仅为我们提供了对现有挑战的新认知，也为未来新一代紧耦合“量超融合”计算平台的研制与应用指明了道路。随着软硬技术的不断进步和应用场景的不断拓展，我们有理由相信，“量超融合”作为新型计算模式将在未来发挥更加重要的作用。

供稿|陈强 穆清

初审|单芳芳

终审|任建吉

CCF YOCSEF 郑州期待您的加入。

联系人：任建吉（18639113988，微信同号）