我的科学观｜龚新高：AI开启了物质科学研究的新范式

快速阅读: AI改变物质科学研究范式，推动新材料研发，复旦大学成立国内首个AI+物理数智中心，设立量子智能英才班，培养创新人才。

·AI的出现,使得物质科学研究的范式已经发生了变化,也将推动新材料的研发数量和质量出现本质变化。

·创新首先是激发人才的创新兴趣,其次是社会要能够容忍创新过程中的失败”。

一、 作为一名从事计算的物理学工作者,如果没有AI的出现,我可能已经在思考“退休”了;但AI来了,物理研究的范式已经发生了变化,研究技术、研究效果和解决问题的难度都发生了根本性的变化。以前解决不了的问题,现在有了解决的可能。这是一个激动人心的契机,但也是充满压力的挑战,对于我来说,现在我们所做的AI物理,是一个全新的领域,也是我从事学术研究以来从未遇到过的大挑战。

技术的革新和经济的发展越来越依赖新材料的进步。以往的新材料研发主要依据研究者的科学直觉和大量重复的“尝试法”实验。材料的研发有点像玩乐高积木,可以有很多种搭法、无穷的组合可能,但什么样的材料是有用的,过去没法直接回答。但有了AI技术后,可以在一定程度上回答这个问题,AI可以快速地进行配比、模拟来验证。AI提供了一种全新的研究范式。

AI技术,特别是深度学习,正在深刻地变革分子动力学模拟领域,解决了该领域长期存在的一些核心瓶颈问题。譬如传统分子动力学的核心是“力场”,即描述原子之间相互作用力的数学函数。传统力场基于简单的物理近似,虽然计算快,但精度有限;而高精度的量子力学计算虽然准确,但计算成本极高,无法用于大体系或长时间模拟。AI通过从量子力学计算产生的大量数据中学习,可以构建出既接近量子力学精度、又接近传统力场计算速度的机器学习力场。

用传统的实验设备是无法捕捉分子的动态过程的,但AI(如无监督学习算法)能分析模拟数据,自动识别出描述动态过程本质的关键变量(反应坐标),让我们能实际“看到”原本几乎不可能捕捉到的动态过程。因此,AI使得分子动力学模拟在物质科学领域再一次出发。

二、 2024年,上海高校人工智能交叉中心——数智物理(AI Physics)在复旦大学成立,这是国内第一个“AI+物理”数智中心,对于我来说,跨入这一领域,压力很大,因为这是一个交叉学科,而我也只熟悉我自己那一小部分,以前在我的研究领域知识面,现在这个领域被重构了,需要涉及很多不熟悉的内容,我们需要更多的人来参与这一研究。

目前,“原始创新不足”是我们的一个很大挑战。以前我们可以学别人,跟着别人跑,但现在我们的科技发展已经跑到了很前面,后面能否跑好,其中一个重要的因素在于我们的创新人才。基础研究和应用研究都需要创新人才。

中国的人才培养有自己的特色。在过去的几十年,国家在人才培养方面下了很多功夫,但在创新人才培养方面,我觉得还有很多可以向别人借鉴的地方。比如说,鼓励学生创新,激发学生兴趣,容忍失败等。

我觉得中国的教育应该发展不同的教育元素,应该更加多元。中国现在有3000所大学,应该有一些不同类型的大学。如果教育都是一个模式,所有人都做一样的事,内卷一定会发生。

今年复旦大学物理系首次设立了量子智能英才班,我们尝试更多地加入创新人才培养理念与中国教育实践相结合,探索人才培养的新模式。英才班计划分两类招生:一是高考统考,二是入校后的“二次选拔”。入选的学生进行本博融通教育,本科毕业后授予物理学、人工智能的双学位。在校期间,英才班鼓励学生创新,开展批判性思考,并与清华、南大等高校建立交流机制。我觉得中国的本科生教育最重要的目标,应该是培养一些创新能力比较强的学生。

(以上内容均由Ai生成)