11月3日至5日，2022雲栖大會在杭州舉行，中國科學院院士、複旦大學教授、廣東以色列理工學院校長龔新高在會上作了主題為“計算物質科學促進新材料的研發和突破”的演講。

他在演講中提到，計算已經成為理解實驗現象不可缺少的工具，計算技術的發展給物質科學提供了很好的發展機會。

同時，物質科學的發展為半導體技術提供了物理基礎，在電子芯片技術進入納米量級後更是需要物質科學的計算模拟研究。計算機因物理而誕生，物理因計算機而進步。

中國科學院院士、複旦大學教授、廣東以色列理工學院校長龔新高。圖/複旦大學官網

以下為龔新高院士11月4日演講部分内容（新京報貝殼财經記者整理）：

今年雲栖大會的主題是計算、進化、未來，我想跟大家交流物理跟計算的關系。大家都說上個世紀是物理學的世紀，在上個世紀中有很多物理學的偉大成就，其中量子力學的建立就是這樣的成果。量子力學給出了解微觀世界基本規律的理論框架，推動了上個世紀社會的偉大進步。在量子學領域已有十幾個諾貝爾獎獲得者，今年也是。

在量子力學剛剛建立不久的上世紀20年代末期，量子力學的重要參與者狄拉克先生在1929年有一個評論，說“描寫大部分物理學和整個化學的基本物理定律所必需的數學理論已經完全清楚了，而困難之處僅在于方程過于複雜而無法求解。”從這以後三四十年，很多偉大的物理學家前赴後繼，都想讓問題得到解決，直到上世紀60年代中期才有所突破。

但是在這期間有個非常重要的成果，就是能帶理論的建立。能帶理論的建立讓人類真正從根本上理解了什麼叫半導體，為後來半導體技術的飛速發展建立了堅實的物理基礎，今天我們才有了這麼好的計算條件。

人類第一次用計算機來解決物理問題是在1950年。偉大的物理學家費米先生參觀美國的所謂巨型計算機的時候，看到這東西這麼能幹，就提出能不能做一些物理的模拟？有兩個小夥子就把這事情就做成了，該工作實際上為後面幾十年物理學的發展起到了重要的影響和推動作用。

從上世紀50年代初期開始，科學家就開始大量使用計算機來研究物質科學。通過幾十年的發展，逐漸演變成為了物理學中一個标準的研究範式。現在，從事計算研究的物理人肯定比從事理論研究的人多，甚至可以跟從事實驗研究的人數相比，物理學是一門實驗科學，目前吸引了這麼多計算人才從事物理研究，說明了計算的重要性。

為什麼計算這麼重要？它不僅是理解實驗現象不可缺少的工具，同時還具有解決以下三方面問題的優勢：第一點，實驗上很難直接測量的物理，比如說拓撲量；第二點，實驗的條件很難達到，比如極端條件的物理行為；第三點，系統非常複雜，影響結果的因素可以很多，實驗上難以分辨出來。此時計算會解決這些方面的問題。

我們今天計算科學發展這麼快，是因為我們計算能力的提升。過去60年，我們的計算速度大概提升了萬億次或者是百萬億次倍。過去的30年，中國科學家能感受到計算機的速度快了。但是中國的科學家使用的大多數核心軟件都是國外的。在軟件發展較快的那段時間，該領域科學水平相對還比較薄弱。我在這裡也呼籲企業界、學界的各位朋友，希望共同努力發展計算物質科學領域的核心軟件。

在目前情況之下，計算物質科學發展不錯，但也面臨着很多挑戰。

機器學習在商業層面、技術層面有很大的潛能和應用，在物質科學的研究上同樣有無限的可能，實際上。在電子層次、原子層次、結構層次，以及材料上等多個方面都有很好的應用結果。我舉一個具體例子，物質世界都是原子排列的，如果要問原子是怎麼排列最好？這是一個數學上非常複雜的問題。人們過去做了很多努力。到現在為止，隻能解決三四十個原子的排列的問題。而使用AI的辦法可以在效率上提高三個量級。我相信，随着以後更多的發展，這方面可以做得更好。

另外，在材料方面，怎樣從計算出發把真正的材料設計出來？現在科學家已經做出了很好的例子，人工智能技術更是加速了這方面的發展。

計算物質科學能不能反過來為将來的計算、硬件提供服務？我覺得這是非常可能的。現在的電子芯片技術已經發展到了納米量級或更小，量子效應是不可忽略的、非常重要的。這個時候怎麼優化器件性能，科學家已經開始了嘗試，即所謂的計算電子學，我認為能為下一代器件提供很好的支撐服務。

回到最開始的原點，物質科學的發展為半導體提供了物理基礎，而計算機的發展也給物質科學提供了很好的機會。計算機因物理而誕生，物理因計算機而進步。謝謝大家！

新京報貝殼财經記者 羅亦丹 編輯 徐超 校對 劉軍