近日，2026 年全国并行应用挑战赛（PAC2026）应用组决赛晋级名单揭晓，来自北京大学应用物理与技术研究中心陈默涵研究员指导的团队，凭借基于国产高性能平台的极端条件温稠密碳模拟工作成功入围。PAC 由全国信标委算力标准工作组指导、ACM 中国高性能计算专家委员会与中国智能计算产业联盟联合主办，是国内并行计算领域创办最早、最具影响力的年度赛事之一。本届大赛设优化、应用两大赛道，应用组决赛将于10月17日至19日亮相HPCChina2026（全国高性能计算学术年会）现场。赛事以国家超级计算深圳中心 "灵晟" 超级计算机为核心竞赛平台 —— 该全国产系统于6月23日ISC2026 大会公布的全球超算TOP500榜单中，以 2.19 EFlops 持续双精度性能登顶，成为世界首台持续性能突破2EFlops的超算，也是中国超算时隔九年重回世界第一。此次参赛，团队面向高能量密度物理与聚变能源研究需求，围绕温稠密物质状态方程这一前沿课题，发展了适配国产超算的极端条件第一性原理新方法。

状态方程（Equation of State,EOS）是惯性约束聚变（Inertial Confinement Fusion,ICF）物理建模的重要基础——靶丸在激光驱动下的压缩、点火与燃烧过程，都依赖精确的EOS来描述物质在极端压力温度下的密度、压力与内能演化。它的应用远不止于聚变：从行星内部结构建模、恒星演化与超新星爆发模拟，到冲击波与爆轰物理、材料在强冲击下的相变行为研究，凡是涉及极端条件下物质行为的领域，都离不开EOS这一物理基石。正因如此，连接凝聚态与等离子体物理、衔接理论与实验的温稠密物质状态方程研究，已成为高能量密度物理领域最活跃的前沿方向之一。

第一性原理材料计算方法不依赖经验参数、具备较强的可预测性，是构建宽温区、高精度状态方程的重要手段。然而，当计算条件迈向高温高压的极端区间（尤其是温稠密物质区域）时，这类方法面临计算量剧烈增长的本质困难：在极高温条件下，电子受热激发，费米-狄拉克分布显著展宽，传统的Kohn-Sham密度泛函理论（DFT）计算不得不处理大量被占据的高能电子态与空态，能带数目随温度急剧增加，计算成本整体随温度的三次方增长。这意味着，即便是VASP、Quantum ESPRESSO等国际上广泛使用的成熟DFT软件，在高温区间也难以承受如此巨大的计算量，直接限制了极端条件下EOS等关键物性数据的高效获取，成为高能量密度物理研究中亟待突破的计算瓶颈。

针对这一难题，团队依托国产开源第一性原理软件原子算筹（ABACUS），引入随机密度泛函理论（stochastic DFT）算法，以随机波函数采样替代传统 Kohn-Sham 方法中耗时的矩阵对角化过程，从算法层面显著降低高温区间的计算复杂度，并结合国产超算平台完成深度适配与性能优化，成功实现碳在密度 500 g/cm³、温度 20 keV（约 2.3 亿 K）极端条件下的第一性原理状态方程高效计算，相关测试可在分钟量级完成。这一路径绕开了传统方法在极高温条件下难以逾越的计算效率瓶颈，为聚变研究所需极端物性数据的高效获取提供了全新途径，同时验证了国产开源软件与国产算力平台协同攻关前沿科学问题的能力。

参赛团队成员还包括北京大学应用物理与技术研究中心博士后周徐源，以及研究生李雨桥、陈诺、张笑扬。此次晋级，标志着该团队在极端条件物性模拟方面的软件研发与工程优化能力获得行业权威认可。该工作展示了国产科学计算软件与国产硬件平台协同的完整链条，可为聚变等领域的极端条件物性研究提供自主可控的数据支撑。相关工作得到国家自然科学基金委卓越群体项目和国家重点研发计划支持。