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諾獎得主出任李政道研究所所長,聚焦量子計算和人工智慧

近日, 2004年諾貝爾物理學獎獲得者、美國理論物理學家弗蘭克•維爾切克受聘為李政道研究所首任所長。 在今天開幕的上海市科協第十五屆學術年會上, 他向解放日報·上觀新聞記者透露, 他將與上海交通大學合作建立維爾切克研究中心, 研發“深得量子力學精髓”的量子電腦;李政道研究所還將研究電晶體神經網路, 通過類比大腦, 力爭開發出新一代人工智慧系統。

李政道推薦他擔任首任所長

李政道研究所由諾貝爾物理學獎獲得者李政道倡議建立, 他希望參照丹麥玻爾研究所, 在中國建立一個世界頂級科研機構,

吸引一批全球頂尖科學家來華從事物理與天文領域的前沿研究, 推動我國基礎科學從國際“並跑”升級為“領跑”。 去年5月, 科技部、教育部和上海市政府共同決定:在上海創建李政道研究所, 以上海交通大學為承建和託管單位。 在今年8月發佈的《張江科學城建設規劃》中, 李政道研究所選址確定, 將建在張江科學城, 背靠中國商飛上海飛機設計研究院。 研究所建築總面積為8萬平方米, 包括一座4萬平方米的科研實驗樓, 計畫未來3年內建成。

維爾切克是美國著名理論物理學家, 因在誇克粒子理論方面取得的成就, 2004年獲得諾貝爾物理學獎。 他是國際物理學界公認的一位學術領袖, 近年來帶領團隊,

在量子計算、凝聚態物理、粒子物理等多個領域取得了非常前沿的進展。 因此, 李政道推薦維爾切克擔任首任所長, 他欣然應允, 並於近日正式受聘, 聘期為5年。

弗蘭克·維爾切克在上海市科協第十五屆學術年會上演講。 楊浦東 攝

據介紹, 李政道研究所將在粒子物理、天體物理宇宙學、量子科學與技術三個領域開展研究和國際交流活動。

“我們將邀請一批國際一流科學家加盟。 ”維爾切克說, “至於研究所具體從事哪些課題研究, 我會和交大團隊進一步討論。 ”

二維粒子“編織”量子計算

量子科學與技術是這位諾獎得主很看重的研究領域。 今天舉行的市科協學術年會主題報告會上, 他用深入淺出的語言, 向數百名聽眾介紹了量子力學的研究進展。 “二維材料內部有一些特殊的粒子, 叫作‘任意子’, 它們能組成一條條‘世界線’。 我們可以像編辮子那樣‘編織’這些線, 進行量子計算。 ”維爾切克表示, 這不是科幻, 因為包括晶片在內的微電子世界是二維的。

對二維材料中任意子的研究,

有望催生以“拓撲量子計算”為基礎的量子電腦。 對於拓撲學, 一些讀者可能並不陌生。 這是一門重要的數學分支學科, 研究幾何圖形在連續形變下保持不變的性質。 在拓撲學中, 麵包圈和咖啡杯的結構是一樣的:麵包圈可以經過一系列形變成為咖啡杯, 麵包圈的那個洞就變成了咖啡杯把手的洞。 利用任意子及其組成的世界線的拓撲結構, 拓撲量子計算可以包容很多計算錯誤, 因為比較小的錯誤不會改變拓撲結構。 這種容錯機制, 有望為量子電腦帶來強大的計算能力。 “任意子還有各種‘顏色’(量子狀態), 我們能用它們編織出一條條美麗的辮子。 ”

李政道研究所成立儀式舉行。 海沙爾 攝

“大腦物理學”研究人工智慧

除了量子計算, 拓撲效應還能產生無耗散的超導電流。 一些新材料在強磁場中, 其邊緣處的電子會在不同軌道上自旋, 仿佛汽車在不同車道上高速行駛。 將這類材料用於晶片等微電子器件後, 電流會非常穩定, 不像如今的電腦那麼容易發熱, 影響計算速度。 新材料正是李政道研究所的一個研究方向。

電晶體神經網路也是維爾切克看重的研究方向,他將其稱為“大腦物理學”研究。大腦與物理學有什麼關聯?他解釋說,物理學家能用電腦的基本元件——電晶體構建一類系統,類比大腦結構。傳統電腦的電晶體排列結構已很成熟,可以完成高速運算,但不具備學習能力。與之不同,電晶體神經網路能夠根據輸入的資訊改變鏈路方向,就像人腦那樣不斷進行自學習。

弗蘭克·維爾切克在上海市科協第十五屆學術年會上演講。楊浦東 攝

如今,深度神經網路已較為廣泛地應用於人工智慧系統,而且發展速度很快,但尚未實現很多人期許的“認知智慧”。李政道研究所計畫開展這個方向的研究,將統計力學、流體力學等物理學分支與計算科學結合,希望在人工智慧基礎研究領域取得突破。

題圖來源:東方IC 資料圖 欄目主編:黃海華 圖片編輯:雍凱 新材料正是李政道研究所的一個研究方向。

電晶體神經網路也是維爾切克看重的研究方向,他將其稱為“大腦物理學”研究。大腦與物理學有什麼關聯?他解釋說,物理學家能用電腦的基本元件——電晶體構建一類系統,類比大腦結構。傳統電腦的電晶體排列結構已很成熟,可以完成高速運算,但不具備學習能力。與之不同,電晶體神經網路能夠根據輸入的資訊改變鏈路方向,就像人腦那樣不斷進行自學習。

弗蘭克·維爾切克在上海市科協第十五屆學術年會上演講。楊浦東 攝

如今,深度神經網路已較為廣泛地應用於人工智慧系統,而且發展速度很快,但尚未實現很多人期許的“認知智慧”。李政道研究所計畫開展這個方向的研究,將統計力學、流體力學等物理學分支與計算科學結合,希望在人工智慧基礎研究領域取得突破。

題圖來源:東方IC 資料圖 欄目主編:黃海華 圖片編輯:雍凱
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