复旦大学教授孔新高:计算机素质科学促进新材料的开发和突破

11月3日至5日在杭州举行的2022云栖大会上,中国科学院院士复旦大学教授广东以色列理工大学校长孔新高在会上以“计算机素质科学促进新材料的开发和突破”为主题发表了讲话。

他在演讲中提到,计算已经成为理解实验现象不可缺少的工具,计算技术的发展为物质科学提供了良好的发展机会。

同时,物质科学的发展为半导体技术提供了物理基础,电子芯片技术进入纳米两级后,需要进行物质科学的计算模拟研究,计算机因物理而诞生,物理因计算机而进步。

中国科学院院士复旦大学教授广东以色列理工大学校长更新绘画/复旦大学官网

今年云栖大会的主题是计算进化和未来。我想和大家交流物理和计算的关系。据说上个世纪是物理学的世纪。上个世纪有很多物理学上的伟大成就。量子力学的建立就是这样的成果。量子力学提供了理解微观世界基本规律的理论框架,促进了上个世纪社会的伟大发展,在量子学领域已经有十多位诺贝尔奖获得者。

量子力学成立不久的20世纪20年代末,量子力学的重要参与者狄拉克老师在1929年评论道:“描述大部分物理和整个化学的基本物理规律所需的数学理论已经完全明确,困难在于方程太复杂,无法解决。”“从那以后的30 ~ 40年里,很多伟大的物理学家都想紧随其后解决问题。

但是这期间非常重要的成果,即频带理论的建立,频带理论的建立,使我们从根本上理解人类真正是半导体,为后来半导体技术的飞速发展打下了坚实的物理基础,今天我们有了这么好的计算门槛。

人类第一次用计算机解决物理问题是在1950年,伟大的物理学家费米老师访问美国所谓的巨型计算机时,看到这东西这么能干,能进行物理模拟吗?两位年轻人做了这件事,这件事实际上对未来几十年物理学的发展起到了重要的影响和推动作用。

从20世纪50年代初期开始,科学家们大量使用计算机开始研究物质科学,经过几十年的发展,逐渐演变为物理学的标准研究范式。现在从事计算研究的物理学家会比从事理论研究的人多。甚至与从事实验研究的人相比,物理学是实验科学。现在吸引了这么多计算人才从事物理研究,说明计算的重要性

为什么计算那么重要?它不仅是理解实验现象不可缺少的工具,还具有解决以下三个问题的优点。第一,实验中难以直接测量的物理,如拓扑量;第二,实验的门槛很难达到,比如极端门槛的物理行为。第三,系统非常复杂,影响结果的因素很多,实验上很难区分,此时计算可以解决这些方面的问题。

复旦大学教授孔新高:计算机素质科学促进新材料的开发和突破

我们今天计算科学发展这么快,是因为我们计算能力的提高,在过去的60年里,我们的计算速度大约是万亿次或一百万倍,在过去的30年里,中国科学家可以感受到计算机的速度,但中国科学家使用的大多数核心软件是国外的。软件发展很快,这个领域的科学水平比较弱,我也在这里

在目前的情况下,计算物质科学发展得很好,但面临着很多挑战。

机器学习在商业上和技术上有很大的潜力和应用,物质科学研究也有无限的可能性。事实上,在电子层原子层结构层材料等多个方面都有很好的应用结果。举个具体的例子,物质世界都是原子排列的,如果问原子是怎么排列的,该怎么排列?(威廉莎士比亚,原子,原子,原子,原子,原子,原子,原子,原子)这是一个数学上非常复杂的问题。人们过去付出了很多努力。到目前为止,只能解决30到40个原子排列问题。使用AI可以在效率方面提高三个级别。我相信,随着以后的进一步发展,我可以做得更好。

另外,在材料方面,如何在计算中设计实际材料?现在科学家们创造了人工智能技术加速这方面发展的好例子。(威廉莎士比亚人工智能人工智能人工智能人工智能人工智能人工智能人工智能)

计算物质科学能反过来为未来的计算硬件提供服务吗?我认为这是非常可能的。目前,电子芯片技术已发展到纳米规模以下。量子效应不容忽视。很重要。这时,如何优化消磁性能,科学家们已经开始了实验。所谓的计算机电子学。我认为可以为下一代设备提供良好的支持服务。

回到开始的原点,物质科学的发展为半导体提供了物理基础,计算机的发展也为物质科学提供了很好的机会,计算机诞生为物理,物理发展为计算机。谢谢!

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