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院士1课堂 | 沿着计算之路,走近物理前沿

日期:2024-03-30 来源: 作者: 浏览:
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人类发明了数,于是有了算。如今,作为一种新的科学研究手段,计算已成为物理学发展的新动力。由计算能力的提升而促生的AI技术,无疑将为计算物理学,甚至整个物理学的研究提供新的范式和方法。物理学新一轮的跨越式发展,也许已经蓄势待发。327日,中国科学院院士、复旦大学谢希德特聘教授、广东以色列理工学院校长龚新高走进院士1课堂,以“从计算到AI”为题,从计算的角度带领师生们一探物理前沿。

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“上个世纪是物理学的世纪。”龚新高院士说道,“上个世纪,物理学有非常多的成就,并且这些成就转化成生产力,给今天的生活和工作带来了很多很多的变化。”

 在这些重大的物理学成就中,量子力学举足轻重。龚新高院士谈到,有了量子力学之后,上世纪二三十年代,人们才从微观世界理解什么叫半导体。之后才有了半导体物理、微电子、能带理论等,最终有了今天计算机的发展。

关于物理和计算机的关系,龚新高院士在课堂上总结道:“计算机因物理而诞生,物理因计算机而进步。”

人类第一次用计算机来解决物理问题是在1950年。当时,著名的物理学家、杨振宁的老师费米在参观美国的超级计算机后,提出能不能做一些物理的模拟。一个计算机与物理的新纪元就此开启。人们用计算机来研究物理的假设,于是有了著名的费米-巴斯塔-乌勒姆(FPU)实验。人们也用计算机来解决实际问题,于是人类第一次算出来了相图。实验难以标定、实验条件苛刻、实验分析繁杂,这些以往横亘在物理实验前的壁障,相继崩塌。

“到今天为止,计算已经成为物质科学研究的一种范式,所谓的计算物质科学就是用最好的计算技术解决物质科学方面的问题。”龚新高院士说道。

 计算能力的提升助推了计算物质科学的发展,反过来,计算物质科学的进步也推动了计算能力的提升。当计算能力经过长期的指数级增长,并提高了万亿级的量级后,AI诞生了。

对于AI带来的影响,龚新高院士深有感触:“AI在电子层次、原子层次、结构和材料层次都产生了很大的影响,只有基本的物理原理没变。但是把它用到现实世界的时候,思考和使用的方式已经发生了翻天覆地的变化。”

机器学习与计算物质科学的结合催生了AI物理,这将为重构计算物质科学提供新的机会。“我已经不叫自己计算物理学家,我叫自己AI物理学家,就是数智物理学家。”龚新高院士说道。

值得注意的是,我国的计算物质科学发展迅猛,但也面临着很多挑战。“尽管我们的硬件现在已经相当不错了,但是还没有一个真正像样的软件。”龚新高院士指出:“目前通用的软件都是国外的,需要支持计算方法和软件开发的一个良好的生态,也需要更多的同学将来进入到这个领域。”讲座最后,同学们踊跃提问,龚院士也热情详细地作了解答。

一场讲座,龚新高院士为同学们揭开了一幅宏伟壮丽的物理画卷,画卷中计算的星系旋转,名为“AI”的繁星闪烁。画卷的背后,又隐藏着更为深邃的奥秘,等待着我们前去发现、探索。

THE END
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