龔新高院士：AI開啟了物質科學研究的新范式
龔新高/中國科學院院士、復旦大學物理學系教授
·AI的出現，使得物質科學研究的范式已經發生了變化，也將推動新材料的研發數量和質量出現本質變化。
·創新首先是激發人才的創新興趣，其次是社會要能夠容忍創新過程中的失敗”。
一、
作為一名從事計算的物理學工作者，如果沒有AI的出現，我可能已經在思考“退休”了；但AI來了，物理研究的范式已經發生了變化，研究技術、研究效果和解決問題的難度都發生了根本性的變化。以前解決不了的問題，現在有了解決的可能。這是一個激動人心的契機，但也是充滿壓力的挑戰，對于我來說，現在我們所做的AI物理，是一個全新的領域，也是我從事學術研究以來從未遇到過的大挑戰。
技術的革新和經濟的發展越來越依賴新材料的進步。以往的新材料研發主要依據研究者的科學直覺和大量重復的“嘗試法”實驗。材料的研發有點像玩樂高積木，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技術后，可以在一定程度上回答這個問題，AI可以快速地進行配比、模擬來驗證。AI提供了一種全新的研究范式。
AI技術，特別是深度學習，正在深刻地變革分子動力學模擬領域，解決了該領域長期存在的一些核心瓶頸問題。譬如傳統分子動力學的核心是“力場”，即描述原子之間相互作用力的數學函數。傳統力場基于簡單的物理近似，雖然計算快，但精度有限；而高精度的量子力學計算雖然準確，但計算成本極高，無法用于大體系或長時間模擬。AI通過從量子力學計算產生的大量數據中學習，可以構建出既接近量子力學精度、又接近傳統力場計算速度的機器學習力場。
用傳統的實驗設備是無法捕捉分子的動態過程的，但AI（如無監督學習算法）能分析模擬數據，自動識別出描述動態過程本質的關鍵變量（反應坐標），讓我們能實際“看到”原本幾乎不可能捕捉到的動態過程。因此，AI使得分子動力學模擬在物質科學領域再一次出發。
二、
2024年，上海高校人工智能交叉中心——數智物理（AI Physics）在復旦大學成立，這是國內第一個“AI+物理”數智中心，對于我來說，跨入這一領域，壓力很大，因為這是一個交叉學科，而我也只熟悉我自己那一小部分，以前在我的研究領域知識面，現在這個領域被重構了，需要涉及很多不熟悉的內容，我們需要更多的人來參與這一研究。
目前，“原始創新不足”是我們的一個很大挑戰。以前我們可以學別人，跟著別人跑，但現在我們的科技發展已經跑到了很前面，后面能否跑好，其中一個重要的因素在于我們的創新人才。基礎研究和應用研究都需要創新人才。
中國的人才培養有自己的特色。在過去的幾十年，國家在人才培養方面下了很多功夫，但在創新人才培養方面，我覺得還有很多可以向別人借鑒的地方。比如說，鼓勵學生創新，激發學生興趣，容忍失敗等。
我覺得中國的教育應該發展不同的教育元素，應該更加多元。中國現在有3000所大學，應該有一些不同類型的大學。如果教育都是一個模式，所有人都做一樣的事，內卷一定會發生。
今年復旦大學物理系首次設立了量子智能英才班，我們嘗試更多地加入創新人才培養理念與中國教育實踐相結合，探索人才培養的新模式。英才班計劃分兩類招生：一是高考統考，二是入校后的“二次選拔”。入選的學生進行本博融通教育，本科畢業后授予物理學、人工智能的雙學位。在校期間，英才班鼓勵學生創新，開展批判性思考，并與清華、南大等高校建立交流機制。我覺得中國的本科生教育最重要的目標，應該是培養一些創新能力比較強的學生。
（原標題：我的科學觀｜龔新高：AI開啟了物質科學研究的新范式）
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