超算与穿越时空
■中国科学院院士、中国科学院地球环境研究所研究员 安芷生
■中国科学院院士、海洋试点国家实验室主任委员会主任 吴立新
■中国海洋大学博士后 顾思凡
用地球气候模式模拟并与古气候观测资料相结合 ， 对理解气候变化、验证现代气候模式以及预测未来地球气候变化至关重要 。 例如 ， 从末次盛冰期（约21000年前）到工业革命前 ， 大气二氧化碳含量增加了50% ， 全球平均增暖3至5摄氏度 ， 海平面升高近120米 。 这些气候变化的巨大信号为验证当代气候模式和理解气候变迁提供了一个绝佳的研究对象 。
气候模拟的发展很大程度上依赖于计算资源 。 过去由于计算资源的限制 ， 气候模式通常只能对古气候做短期的切片模拟或非同期耦合试验 ， 无法研究深海环流的缓慢变化以及与未来气候变化密切相关的气候突变 。
近几年 ， 国际上古气候模拟又有了新的发展 。 例如 ， 为了能进一步模拟与古气候代用资料直接比较的地球同位素 ， 美国俄亥俄州立大学和美国大气科学中心等单位合作在气候模式上成功加入了多种同位素模块 ， 并推出了模拟过去21000年来全球同位素与气候协同演变的实验 。 同时 ， 德国科学界也推出了一个全国性的古气候模拟计划 ， 对最近10万年来的整个地球系统冰期—间冰期大旋回进行超长期模拟 。
我国超算近年突飞猛进的发展 ， 为超长期古气候模拟提供了必要条件 。 今年 ， 海洋试点国家实验室及其超算中心与多院校单位进行交叉学科合作 ， 计划用包含同位素模块较高分辨率的地球系统模式 ， 对过去25000年的全球同位素及气候的演变 ， 进行“穿越地球时空”的第一次超长期模拟实验 ， 为我国超长期气候模拟打下坚实基础 。
预计2020年建成的E级超算中心 ， 将使我国超长期气候模拟跃上新台阶 ， 使我国超长期模拟向超高分辨率全耦合地球系统模式方向发展 ， 助力我国地球气候系统模拟达到国际领先地位 。
超算与海洋量子
■中国海洋大学信息科学与工程学院副院长 顾永建
■中国科学技术大学教授 郭国平
量子信息是量子物理与信息科学的结合 ， 以量子态为基本单元 ， 开发遵从量子力学规律的量子器件 ， 基于量子力学规律实现信息的传输、存储、处理和操控 。 目前 ， 量子信息科学正在迅猛发展 ， “墨子号”量子科学卫星升空运行 ， 京沪量子通信干线建成开通 ， 量子计算机研制取得突破 ， 量子信息技术正在迈向实用化和产业化 。
量子信息包括量子计算、量子通信和量子测量 。 量子计算是一种全新的超级计算形态 ， 它和机器学习固有的统计性质之间存在天然的结合可以带来机器学习效率的大幅提升 。 因此 ， 量子计算在气候预测、海洋动力过程模拟、海洋药物开发等领域大有用武之地 。 量子通信是利用量子纠缠效应传递信息的一种新型通信方式 ， 能够实现海洋大容量数据的安全传输 。 量子测量不同于传统的声光电磁测量技术 ， 测量本身与被测量系统相互影响 ， 可以实现传统海洋探测性能大幅度提升 ， 甚至完成原本无法完成的任务 。 量子信息技术为海洋技术揭开了全新面纱 ， 推动海洋科学从经典物理迈向现代物理 。
面对量子信息技术的飞速发展 ， 我们要把握历史机遇 ， 加强产学研机构深度耦合 ， 努力实现海洋技术和量子技术的融合发展 ， 逐渐形成和发展壮大海洋量子技术这一新领域 。 近期 ， 量子技术专家和海洋技术专家一道 ， 将在国产超算系统上部署量子虚拟机 ， 建立研发平台 ， 实现量子语言、量子程序、量子芯片、量子测控系统和量子人工智能标准的建立 ， 为下一代基于量子技术的海洋超算做好技术储备 。
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