港大物理学家部署新一代超级计算机「黑体」

 港大物理学系研究团队的部分成员站在新超级计算机「黑体」前合照。他们带领团队设计及部署新型超级计算机系统。左起：研究生关敏先生、助理教授戴丽心博士、副教授孟子杨博士，以及研究生卢虹宇先生。

(原新闻稿已于12月19日发布)

现代科学中许多突破性的科学发现都是通过数值计算取得的，这使科研人员能够捕捉到从星系尺度到亚原子尺度里复杂的、量子的，以及非线性的物理相互作用。因此，科学计算成为与传统理论和实验研究同等重要的手段，其高效能运算也成为推动科学发现的必要工具。

「黑体」现时总共有1024处理器计算核心及多个储存数组。假如一个人每一秒钟可以做完一次简单的加减运算，那么「黑体」在一秒钟里可以完成的运算量，相等于一个人不眠不休地计算65万年的运算量。

为了更好地研究天文学、量子科学及一些跨学科科学领域，香港大学（港大）物理学系戴丽心教授领导的团队联同孟子杨教授的团队，部署了新一代的超级计算机系统，命名为 「黑体」（名字取自于各团队的研究范畴， 即黑洞（Black Hole） 以及量子多体物理（Quantum many-body physics) 。超级计算机已经在2022年秋天完成部署，并已正式投入运作。

戴教授团队开发并使用不同的仿真程序来研究黑洞的天文物理学。左图：通过广义相对论射线追踪来「拍摄」到的黑洞吸积盘的影像。右图：通过广义相对论磁流体力学模拟来研究黑洞的吸积盘以及喷流。

新的计算机计算系统的启用为研究团队提供了强大的计算能力，让他们能透过开发新的代码和执行大规模数值模拟，解决量子物理和天文学领域中一些最复杂的问题。

左圖：孟子楊博士的團隊從張量網絡模擬中發現的拓撲莫特絕緣體 [Nature Communications (2021)]。右圖：孟子楊博士的團隊開發的並行算法可以前所未有的高精度來計算量子糾纏[Physical Review Letters (2022) ]。

戴丽心教授研究团队在黑洞天文物理学上的相关研究

戴教授的团队建立及运用广义相对论物理模拟，以及蒙特卡罗模拟等方法来进行黑洞天文物理学的研究。他们主要模拟物质如何在黑洞附近运行、如何在黑洞附近形成吸积盘，以及计算在黑洞吸积过程中产生的能量输出。这些模拟有助加速理解一些关于宇宙里发光源的天体现象，当中包括大质量黑洞潮汐瓦解恒星事件、X射线黑洞双星系统，以及活跃星系核等等。这些研究结果跟宇宙早期的大质量黑洞如何快速成长，并如何与星系一起演变等息息相关。除了理论模拟工作之外，研究团队也和一些国际顶尖天文观测者合作，为他们建模及解释团队所得的观测结果，并协助设计NASA的新一代天文望远镜。

孟子杨教授研究团队在量子多体物理学上的相关研究

孟教授的团队开发了可解释的人工智能技术，如量子蒙特卡罗算法和张量网络算法，以研究更有效的模型，并揭示量子多体系统的基本机制，如量子临界系统中的非费米液体，以及高度纠缠的量子物质和拓扑有序态，还有量子摩尔二维材料，例如魔角双层石墨烯。他们的研究工作为发现最前沿的量子材料提供了最准确的解决方案和新的理解，亦对研发下一代的技术例如突破摩尔定律极限的新型计算芯片，利用高温超导体构建、无损能量传输系统等的发展至关重要。

在「黑体」超级计算机的帮助下，研究团队现时具备更好的运算能力以解决天文学和量子物理学中更大、更复杂的问题。

「这个高效能运算中心将在未来几年为我们的研究项目提供很大帮助。我们的团队一直受到计算资源的限制，现在我们终于有了必要的工具来进行大规模模拟，并将设想转化为结果。为了部署这个新一代超级计算机系统，我们整合了香港研究资助局、国家自然科学基金委员会和香港大学的资助。我们非常感谢他们以及港大理学院物理系一直以来的支持。」戴教授说。

孟教授表示：「现代科学研究须要结合实验及理论，更重要的是结合计算方法。「黑体」超级计算机将使我们能够获得非常准确的数值结果和重要的预测，这为连接传统理论和实验研究提供了桥梁。这种新的研究方法将为量子物理学和天文学带来更深刻和更有影响力的发现。」

黑体超级计算机的资金来自香港大学小型设备基金（与港大地球科学系的李文恺博士和化学系的杨军博士共同合作）、国家自然科学基金委员会优秀青年科学家基金、香港研究资助局卓越学科领域计划，以及理学院的启动经费。

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