学长带你看专业 | 我和理学院的故事

编者按

寒冬终将过去，春天也即将到来。从更长的时间维度看，这不过是再平静不过的自然能量的转换，但权力在科技舞台的博弈正激烈地展开。

2019年，谷歌宣布实现量子霸权，关于量子计算的科技研学及产出成为国际科技届关注的焦点。也许目前我们没有办法很直观全面地看到量子技术的作用，但时代已经迫不及待地将这一技术放在国际竞争的角力场上。

在世界著名的物理学顶级学术周刊

在世界著名的物理学顶级学术期刊

《物理评论快报（Physical Review Letters）》

以第一作者身份发表文章

华为开发者大赛量子计算通道三等奖

研究生一年级已经完成6篇论文

上海大学——华为量子计算

联合国际会议受邀报告人

“学霸”二字不足以概括

他是天才“神童”——理学院2019级研究生丁泳程

今天，我们就一起走进他的故事

丁泳程

理学院物理系人工智能研究中心成员，师从陈玺教授，硕博连读，与西班牙、日本、以色列的相关大学及研究所有交流合作，目前已经完成了5篇论文，其中一篇发布于物理学顶级期刊Physical Review Letters上。

Physical Review Letters，即物理学评论快报，是美国物理学会旗下的旗舰期刊，是世界范围内最具有影响力的物理学顶级期刊。

丁泳程发布于物理学顶级期刊

Physical Review Letters上的论文摘要

动态学习是旨在获得最优化模型训练方案的机器学习方法。区别于标记所有样本的监督学习，动态学习根据模型的预测挑选具有最大不确定性的样本进行标记进行模型训练。本文提出了用于高效量子信息恢复的动态学习方法，是设计量子实验的一个重要任务。同时，当处理大量输出数据时，我们运用动态学习算法完成在最小保真度损失下的分类问题。通过只对5%的样本进行标记，我们获得了近似于90%的正确率。动态学习方法的引入对于量子实验的数据分析也会增强子技术的应用。

他聪明、基础扎实、自律，对话过程外总能轻松捕捉到关于他的这类评价。归根到底，他有自己的学术理想，并愿意为此9,12,7（早上九点研究到晚上十二点，每周七天），你甚至觉得不应将“神童”之名加之其身，这是对勤奋的无视。他也不是大众刻板印象中的格子衬衫男，谈起量子人工智能时他同样滔滔不绝、眼神发亮，仿佛看得到未来。他的内心有自己独特的价值体系——在量子世界中追求真理，用量子人工智能架构未来。

“十九世纪末，物理学的大厦已经落成，只有两朵乌云飘在上面”。

——开尔文

当人们认为所有的现象都可以被认识和理解，量子物理的突破，无疑给物理学大厦沉重的一击，当解释现象的角度发生变化时，我们得到的结论往往也不相同。自量子物理诞生以来，其独特的看待世界的角度引起了各学科的关注，已经形成了一种新的科学世界观和思维方式。

量子这个词的英文是quantum，最早在拉丁文里的含义就是指‘多少’，普朗克等人研究黑体辐射时就提出——能量不是连续的，不是无限可分的，在这种被离散化的能量之后，会产生一些新的物理现象，人们会据此建立一套理解世界的理论。更直观地来说，在量子世界中，我们不能够同时准确地了解到一个微观粒子的位置和它的速度，在这种约束下，就会产生和传统物理学不一样的物理现象。量子物理为我们提供了新的观察世界的角度，也为我们提供了一套解释世界的方法。

丁泳程向我们介绍到，物理学是一门实验科学，物理学家将理论结果与实验结果进行对比，发现可以很好的解释微观世界，量子物理学也就具有十分重要的意义。但往往大部分非专业群体容易误解量子力学的内核，而将这种“随机不确定性”的特质当作一种处世哲学，所谓“遇事不决，量子力学”，对于生活中无法理解的事情，量子力学变成了逃避真相的借口。

为了向非专业群体科普量子力学的重要性，丁泳程曾经给上海大学《自然杂志》写过封面文章：

但是科普只能让人感兴趣，真正的学习还是要用传统的方法进行系统学习，不然很容易成为民间科学家，这就是思而不学则殆。

在茫茫的学术碧野中，真实的世界永远不会被草木化的假象替代。任何学科都是这样，在我们认识世界的过程中，总会被某一种解释宏观世界或微观世界的理念所吸引，但碎片化的知识结构往往让我们对复杂事物的认识趋于简单化，只能停留在事物的表面而无法知道背后的原理，因此要在兴趣之上，进行系统性的学习，形成自己的知识体系与科学世界观。

谈起自己的学术兴趣从何而来时，丁泳程介绍说他的母亲就是一位数学家，所以从小耳濡目染，对于理论工作很有兴趣，在高中时就参加过物理竞赛和计算机竞赛。

“我们总要先学着认识，找到兴趣点，然后按照兴趣点继续做下去，这应该是开始学术研究的一个合理途径。”

可能看过《模仿游戏》这部电影，或者对计算领域有一定了解的人会知道，计算能力到底意味着什么。随着技术的进步，量子计算被认为是未来具有颠覆性影响的新型计算模式之一，2019年8月底，丁泳程带队的QuArtist 团队首次参赛便在华为开发者大赛量子计算通道斩获三等奖（全国前六）的荣誉。这是一项面向全社会的比赛，这意味着除了在校学生，教师、工程师等也是这场比赛的的生力军。

“在决赛时，面临15天的工作量，研究主题还是不太熟悉的量子化学，遇到了一系列的困难，于是只能不断研究文献。”在文献中寻找答案是他当时除了放弃外能做的唯一选择。“本来也就是大家娱乐一下的比赛，对吧？放弃了这就没意思了。”丁泳程笑着说道。

内心的笃定是很重要的，把想象的荣誉抛在脑后，真正的奖杯才会摆在面前。内心的笃定源自长期的积累与自信。丁泳程曾在大三时，去西班牙的巴斯克大学参与量子自编码器方面的工作，之后也在日本的OIST做过高性能计算方面的理论工作，和日本博士生一起合作开发了一款用显卡做高性能玻色—爱因斯坦凝聚态的高性能计算软件。上海大学的国际化氛围比较浓厚，长期的国际交流使他对各国的研究情况有了一定的了解。“对于融入多元价值的世界文化我没有太大的问题，都可以和当地的研究人员共同开展研究。”

在写论文方面，丁泳程也有自己独特的方法，但与其说这是一种方法，笔者更愿意把这认为是一种自律与高效的科研习惯。他说：“一般做完理论的计算工作之后，我就会打一个提纲将逻辑结构先凝炼出来，然后开始写作，如果一切顺利的话，两三天高强度的写作可能就能够完成。”但是写作的流畅源自胸有成竹的准备，在写作开始之前，需要做足科研准备、需要找到一个理论突破的观点、编写机器代码、对数据进行分析以及对各类理论实验数据进行补充，跟导师进行探讨沟通。

丁泳程最近投稿的一篇论文，根据审稿要求，他们仅仅对其中的数据补充就花费了整整半年时间，“文献读得多了，你就知道怎么写出好的文章，怎么写的出通顺的文章。英文论文也是如此，掌握扎实的写作规范，才能在论文写作上游刃有余。”

他对谷歌量子霸权新闻的看法

“虽然谷歌的量子计算团队已经在53个量子位的机器上完成了‘量子霸权’，但还停留在很理论的阶段——即量子随机线路采样，还没有实际的应用价值。但不可否认这确实是一个里程碑式的突破，这不意味着结束，反而是一个开端，因为接下来我们学习和研究的重心将是找到一个具有实际意义的问题，在这个问题上实现量子霸权，这应该是更有意义的事情。这个事情可能是量子化学结构的计算，也有可能是密码学的破解，也有可能是一些优化问题，我们现在还不得而知，会在哪个问题上先实现突破，但是谷歌已经实现量子霸权，这值得我们学习。”

在量子领域的进步往往能够在国际上获得更多的科技话语权，其在应用领域的强势表现也让人不得不认识到，量子的重要性。

现代物理学的研究基本逃不开量子这个话题，而量子信息又是当前最为热门的研究领域，机器学习的概念也不断发展，自AlphaGo出现以来，机器学习也被逐渐应用到各个领域之中。当机器学习的概念引入物理学研究之中时，国际上一些科学家便提出了“量子机器学习的概念”，有些人将其称为“量子人工智能”。用量子物理的方法去加速人工智能的训练和学习、用人工智能的方法去研究量子物理、将两种方法结合起来应用，三者都可以被称为是量子人工智能。在机器学习深化的现在，量子信息在各方面的应用也逐渐增加——例如空客公司正在做的机场的登机门的优化，航路的优化等；大众公司，也做过一些交通流优化的问题。

“我本身有物理学和计算机学的研究背景，也做过一些量子优化的问题，目前我正在利用量子机器学习的方法去预测基因编辑的效率。这些工作可能目前还是学术方面产生的作用偏多，但不可否认其应用价值也在不断加大。”

——丁泳程

虽然还存在一些不确定的因素，但这二者的结合是一个未来影响力很高的应用，当人工智能搭上量子计算能力的快车，对未来的架构将会远超我们想象。丁泳程目前参与的主要是前两个方面——即用量子物理的方法去加速人工智能的训练和学习和用人工智能的方法去研究量子物理。上海大学量子人工智能科学技术研究中心一直致力于量子计算和人工智能的基础及应用的前沿研究，在21世纪“量子二次革命”的契机下，丁泳程坚信天生我才必有用，青春无问西东。

“我们要把论文写在祖国大地上，并力争以华人的身份在世界量子舞台做出有影响力的工作。”

在他的导师陈玺教授满怀骄傲的表达中，我们可以得到关于他的一些特点性描述，例如：基础非常扎实、有自己的学术理想与自我要求、自学能力强，但表现地还不太成熟。他目前为止的人生经历与陈玺教授也颇有几分相似，本硕博读即将在上大完成的他，在学术生涯上于自己的老师既是师生，也是校友。

按照他目前的科研能力，在硕士博士阶段应该会有更好的选择，但他却说：“我跟陈玺教授认识很多年，陈玺教授在生活和学习上对我有很多的照顾，我想继续跟着他做科研。陈教授不仅科研能力强，而且性格非常真实。他把我当作一个独立的个体看待，而不仅仅是一个学生。”

陈玺教授也发现了他身上的闪光点，资助他去西班牙交流学习，帮助他在世界舞台上获取知识，也为他的论文写作提供指导意见。当前，丁泳程和陈教授正在一起研究一个新的方向——即怎么样用深度强化学习来研究一些物理中的量子调控问题。而以前在做的量子机器学习比如量子卷积、神经网络还有开放系统中的量子调控工作还会继续下去，可能也会参与一些高性能计算方面的其他工作。

在未来的规划上，他希望在读博期间可以和陈教授一起推进一些原创性、交叉性的深度理论工作。教授和学生在科研方面的良性互动，往往能够迸发出更激烈的思想火花，科技工作者更是如此，要在切磋打磨中凝聚共识。

怀一份烈火骄阳的热情

他在量子力学的道路上不断求索

用一颗自律向上的初心

他在未来科研的道路上激流勇进

他是一名上大研究生

他在用自己热爱的方式

诠释着独特的价值

他的故事还在精彩地续写

而在上大校园，更多的上大人

勇于追梦，逆风破浪

以青春奋斗书写人生最美丽的华章！

图文来源| 上海大学研究生公众号

图文编辑 | 陈钰锟

审核 | 汪沚逸