龔新高院士：AI開啟了物質(zhì)科學(xué)研究的新范式
龔新高/中國科學(xué)院院士、復(fù)旦大學(xué)物理學(xué)系教授
·AI的出現(xiàn)，使得物質(zhì)科學(xué)研究的范式已經(jīng)發(fā)生了變化，也將推動(dòng)新材料的研發(fā)數(shù)量和質(zhì)量出現(xiàn)本質(zhì)變化。
·創(chuàng)新首先是激發(fā)人才的創(chuàng)新興趣，其次是社會(huì)要能夠容忍創(chuàng)新過程中的失敗”。
一、
作為一名從事計(jì)算的物理學(xué)工作者，如果沒有AI的出現(xiàn)，我可能已經(jīng)在思考“退休”了；但AI來了，物理研究的范式已經(jīng)發(fā)生了變化，研究技術(shù)、研究效果和解決問題的難度都發(fā)生了根本性的變化。以前解決不了的問題，現(xiàn)在有了解決的可能。這是一個(gè)激動(dòng)人心的契機(jī)，但也是充滿壓力的挑戰(zhàn)，對(duì)于我來說，現(xiàn)在我們所做的AI物理，是一個(gè)全新的領(lǐng)域，也是我從事學(xué)術(shù)研究以來從未遇到過的大挑戰(zhàn)。
技術(shù)的革新和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展越來越依賴新材料的進(jìn)步。以往的新材料研發(fā)主要依據(jù)研究者的科學(xué)直覺和大量重復(fù)的“嘗試法”實(shí)驗(yàn)。材料的研發(fā)有點(diǎn)像玩樂高積木，可以有很多種搭法、無窮的組合可能，但什么樣的材料是有用的，過去沒法直接回答。但有了AI技術(shù)后，可以在一定程度上回答這個(gè)問題，AI可以快速地進(jìn)行配比、模擬來驗(yàn)證。AI提供了一種全新的研究范式。
AI技術(shù)，特別是深度學(xué)習(xí)，正在深刻地變革分子動(dòng)力學(xué)模擬領(lǐng)域，解決了該領(lǐng)域長(zhǎng)期存在的一些核心瓶頸問題。譬如傳統(tǒng)分子動(dòng)力學(xué)的核心是“力場(chǎng)”，即描述原子之間相互作用力的數(shù)學(xué)函數(shù)。傳統(tǒng)力場(chǎng)基于簡(jiǎn)單的物理近似，雖然計(jì)算快，但精度有限；而高精度的量子力學(xué)計(jì)算雖然準(zhǔn)確，但計(jì)算成本極高，無法用于大體系或長(zhǎng)時(shí)間模擬。AI通過從量子力學(xué)計(jì)算產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)，可以構(gòu)建出既接近量子力學(xué)精度、又接近傳統(tǒng)力場(chǎng)計(jì)算速度的機(jī)器學(xué)習(xí)力場(chǎng)。
用傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備是無法捕捉分子的動(dòng)態(tài)過程的，但AI（如無監(jiān)督學(xué)習(xí)算法）能分析模擬數(shù)據(jù)，自動(dòng)識(shí)別出描述動(dòng)態(tài)過程本質(zhì)的關(guān)鍵變量（反應(yīng)坐標(biāo)），讓我們能實(shí)際“看到”原本幾乎不可能捕捉到的動(dòng)態(tài)過程。因此，AI使得分子動(dòng)力學(xué)模擬在物質(zhì)科學(xué)領(lǐng)域再一次出發(fā)。
二、
2024年，上海高校人工智能交叉中心——數(shù)智物理（AI Physics）在復(fù)旦大學(xué)成立，這是國內(nèi)第一個(gè)“AI+物理”數(shù)智中心，對(duì)于我來說，跨入這一領(lǐng)域，壓力很大，因?yàn)檫@是一個(gè)交叉學(xué)科，而我也只熟悉我自己那一小部分，以前在我的研究領(lǐng)域知識(shí)面，現(xiàn)在這個(gè)領(lǐng)域被重構(gòu)了，需要涉及很多不熟悉的內(nèi)容，我們需要更多的人來參與這一研究。
目前，“原始創(chuàng)新不足”是我們的一個(gè)很大挑戰(zhàn)。以前我們可以學(xué)別人，跟著別人跑，但現(xiàn)在我們的科技發(fā)展已經(jīng)跑到了很前面，后面能否跑好，其中一個(gè)重要的因素在于我們的創(chuàng)新人才。基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究都需要?jiǎng)?chuàng)新人才。
中國的人才培養(yǎng)有自己的特色。在過去的幾十年，國家在人才培養(yǎng)方面下了很多功夫，但在創(chuàng)新人才培養(yǎng)方面，我覺得還有很多可以向別人借鑒的地方。比如說，鼓勵(lì)學(xué)生創(chuàng)新，激發(fā)學(xué)生興趣，容忍失敗等。
我覺得中國的教育應(yīng)該發(fā)展不同的教育元素，應(yīng)該更加多元。中國現(xiàn)在有3000所大學(xué)，應(yīng)該有一些不同類型的大學(xué)。如果教育都是一個(gè)模式，所有人都做一樣的事，內(nèi)卷一定會(huì)發(fā)生。
今年復(fù)旦大學(xué)物理系首次設(shè)立了量子智能英才班，我們嘗試更多地加入創(chuàng)新人才培養(yǎng)理念與中國教育實(shí)踐相結(jié)合，探索人才培養(yǎng)的新模式。英才班計(jì)劃分兩類招生：一是高考統(tǒng)考，二是入校后的“二次選拔”。入選的學(xué)生進(jìn)行本博融通教育，本科畢業(yè)后授予物理學(xué)、人工智能的雙學(xué)位。在校期間，英才班鼓勵(lì)學(xué)生創(chuàng)新，開展批判性思考，并與清華、南大等高校建立交流機(jī)制。我覺得中國的本科生教育最重要的目標(biāo)，應(yīng)該是培養(yǎng)一些創(chuàng)新能力比較強(qiáng)的學(xué)生。
（原標(biāo)題：我的科學(xué)觀｜龔新高：AI開啟了物質(zhì)科學(xué)研究的新范式）
本文鏈接：http://www.albanygandhi.com/news-2-4511.html龔新高院士：AI開啟了物質(zhì)科學(xué)研究的新范式
聲明：本網(wǎng)頁內(nèi)容由互聯(lián)網(wǎng)博主自發(fā)貢獻(xiàn)，不代表本站觀點(diǎn)，本站不承擔(dān)任何法律責(zé)任。天上不會(huì)到餡餅，請(qǐng)大家謹(jǐn)防詐騙！若有侵權(quán)等問題請(qǐng)及時(shí)與本網(wǎng)聯(lián)系，我們將在第一時(shí)間刪除處理。
