15日議題 聚焦化學、物理、數學課題
記者林志源香港整理編輯
在【生命科學專場–創造範式轉變】專題研討會上，香港中文大學醫學院副院長(研究)、李嘉誠健康科學研究所所長及化學病理學系系主任、美國科學院外籍院士、英國皇家學會院士、香港科學院院長及創院院士、2016年未來科學大獎-生命科學獎獲獎者盧煜明教授領銜，邀請2018年諾貝爾化學獎獲獎者Gregory Winter，2022年生命科學突破獎獲獎者Shankar Balasubramanian，1989年加拿大蓋爾德納國際獎獲獎者麥德華，圍繞“抗體和抗體模擬”、“Solexa Sequencing DNA測序方法”以及“抗癌治療研究”展開學術分享與探討。（上圖）
未來科學大獎與香港科學院共同主辦的“2023未來科學大獎周”（下稱“大獎周”）活動在香港正式開幕！昨（15）天科學峰會聚焦“化學專場 – 從理論、人工智慧、機器學習至實驗實踐”、“物理專場 – 量子計算”、“數學專場 – 數學縱覽：從理論到應用”三大專題。
2023年未來科學大獎周程式委員會聯席主席、2022未來科學大獎-物質科學獎獲獎者、南方科技大學副校長楊學明教授在歡迎致辭中指出，作為深圳的一名教授，我相信未來科學大獎周具有巨大的潛力，可以增強大灣區的科學影響力。 希望這次活動不僅加強粵港澳大灣區學術交流與合作的願景，而且能為粵港澳大灣區成為全球科研創新領導者這一目標做出貢獻。 “享受科學為我們提供的發現之旅，願在這裡分享的知識和建立的聯繫繼續激勵和推動科學界的進步。” 楊學明教授表示。
在【化學專場 – 從理論、人工智慧、機器學習至實驗實踐】專題研討會，由香港大學黃乾亨黃乾利基金教授（化學與能源）及化學系講座教授、中國科學院院士、美國科學院外籍院士、歐洲人文和自然科學院外籍院士、世界科學院院士、香港科學院創院院士任詠華領銜，邀請2013年諾貝爾化學獎獲獎者Michael Levitt，耶魯大學Sterling化學教授Sharon Hammes-Schiffer，中國科學院大連化學物理研究所研究員張東輝，復旦大學化學系教授徐昕，多倫多大學化學及計算機科學教授Alán Aspuru-Guzik，圍繞“計算生物學應用”、“催化和能量轉換中的質子耦合電子轉移”、“水的第一性原理研究”、“準確高效的多相催化理論類比”以及“現代化學中的人工智慧與自動化”等展開學術分享與探討。
活動中，任詠華教授對本場演講嘉賓以及現場觀眾表示感謝，並對嘉賓的演講課題進行介紹。
斯坦福大學醫學院癌症研究所Robert W. 及Vivian K. Cahill冠名教授、計算機科學榮譽教授、2013年諾貝爾化學獎獲獎者Michael Levitt以《計算生物學的全球應用》為題進行主旨演講，他指出：“1967年起，我一直深入研究計算生物學領域，從蛋白質穩定性和分子動力學建模開始，主要專注於大規模功能運動的類比，這些理論研究已在醫學領域被實際應用。 新冠疫情期間，團隊將計算生物學的工具和技術應用到病毒增長的分析當中，為公共防疫提供了重要見解。 他表示，近期團隊正在考慮如何利用細緻的數據分析和簡單物理建模的相同組合來應對氣候變化危機。 這是一種新穎的方法，有可能為我們這個時代最緊迫的問題之一提供有意義的解決方案。
耶魯大學Sterling化學教授、美國國家科學院院士Sharon Hammes-Schiffer以《催化和能量轉換中的質子耦合電子轉移》為題進行主旨演講。 她指出，分析理論和計算方法的結合，為化學、生物學及材料科學等廣泛領域提供了基本見解和設計原則。 Sharon Hammes-Schiffer教授了討論質子耦合電子轉移（PCET）反應。 “PCET一般理論公式包括了量子力學效應，以及複雜環境的影響，如溶劑、蛋白質和固態材料。 而PCET理論有助於對實驗數據的解釋，並且提供的預測是可以進行實驗檢驗的。 “Sharon Hammes-Schiffer教授重點介紹了PCET在生物學方面的應用。 她表示，該理論中的見解有助於引導更有效的生物醫學上的重要蛋白質設計。
中國科學院大連化學物理研究所研究員、中國科學院院士張東輝以《水的第一性原理研究》為題進行主旨演講。 他指出，水展示了很多異常的特性，這使得人們對它一直保持濃厚的興趣。 為了闡釋水在所有相態下的獨特行為，學者們已提出許多理論模型，但長期尋找的能夠描述水在不同熱力學條件下屬性的“通用水模型”依然難以獲得。 張東輝教授表示，團隊通過神經網路擬合高精度的電子結構計算相互作用能，獲到了非常高精度的二、三、四體水分子相互作用勢能函數。 “初步類比結果顯示，通過加入到四體的相互作用能和核量子效應，類比得到的水的結構、熱力學和動態性質與實驗觀測結果高度一致。 這表明新的多體勢能面為準確類比從水團簇到體相水的所有性質提供了可靠的方法，使我們有可能更深入地理解水的異常特性。 “他談到。
復旦大學化學系教授徐昕以《邁向準確高效的多相催化理論類比》為題進行主旨演講。 他指出，密度泛函理論（DFT）是研究催化作用最廣泛使用的計算方法。 它提供了有關反應機理、活性位點本質、過渡態構造等的分子水準上的基本理解。 然而，DFT方法近似地處理電子相關效應，準確類比表面能量變化仍然十分困難。 為此，團隊提出了一類新的雙雜化密度泛函，即xDHs，這很有希望用於準確的表面能量學計算。
多倫多大學化學及計算機科學教授、加速聯盟負責人Alán Aspuru-Guzik以《現代化學中的人工智慧與自動化》為題進行主旨演講。 他介紹了人工智慧在材料發現領域的演變，並指出，隨著“材料基因組學”方法的發展，機器學習預測的實例化需求也在增加。 Alán Aspuru-Guzik教授概述了不斷增長的自我驅動實驗室（Self-Driving Labs，SDLs）領域。 他表示，SDLs是通過採用人工智慧和自動化實驗計劃執行，來説明加速科學發現或擴大規模的過程的系統。 Alán Aspuru-Guzik教授以團隊研究的新型有機發光材料的篩選工作為例，介紹了SDLs的基本要素與應用方向發展。 “在多倫多大學，我們已經啟動了加速聯盟（AC）。 這一舉措最近獲得了2億加元的資金，用於加速化學、材料科學和生物技術的SDL。 “他談到。
在對話環節，嘉賓圍繞“AI在學科融合中的挑戰”、“自動化機器人為實驗研究帶來的變化”等話題展開探討與交流。
在《物理專場–量子計算】專題研討會上，中國科學技術大學常務副校長、中科院量子資訊與量子科技創新研究院院長、中國科學院院士、2017年未來科學大獎-物質科學獎獲獎者潘建偉領銜，邀請德國馬克斯·普朗克量子光學研究所科學主任Immanuel Bloch， 奧地利因斯布魯克大學實驗物理學教授、量子光學組與光譜學組負責人Rainer Blatt，清華大學基礎科學講席教授段路明，中國科學技術大學物理學教授陸朝陽，杜克大學電氣與計算機工程和物理學Gilhuly Family Presidential傑出教授Christopher Monroe，圍繞“量子類比的新途徑”、“囚禁Ca+離子串的量子計算和量子類比”、“囚禁離子量子計算的擴展”、“光子的量子優勢”以及“量子計算機的擴展應用”等展開學術分享與探討。
潘建偉教授在致辭中表示，量子計算是當今物理學的前沿研究領域之一。 特別是隨著量子計算優勢的顯現，量子計算進入了蓬勃發展的階段。 活動中，五位傑出學者將圍繞量子計算的發展趨勢，以及量子計算研究為工業帶來的變化展開探討與交流。
德國馬克斯·普朗克量子光學研究所科學主任、慕尼克大學實驗物理學教授Immanuel Bloch以《用原子、分子和光子進行量子類比的新途徑》為題進行主旨演講。 他概述了光學晶格中的超冷原子是如何在20年前開始這個充滿活力的跨學科研究領域的。 “現在可以用全新的工具和單粒子解析度來探測平衡態和非平衡態的量子相。 新的（隱藏的）秩序參數、糾纏特性、全計數統計或拓撲特徵現在可以被常規測量，併為相關量子物質的世界提供新的深刻見解。 “Immanuel Bloch教授介紹了這些系統中的測量和控制技術，並描述有關強相關電子系統的量子類比、物質新狀態階段的實驗、新型量子光學光物質介面以及實現極性分子超冷量子物質的進展的最新應用。
奧地利因斯布魯克大學實驗物理學教授、量子光學組與光譜學組負責人，奧地利科學院院士，美國國家科學院外籍院士，西班牙皇家科學院外籍院士Rainer Blatt，以《囚禁Ca+離子串的量子計算和量子類比》為題進行主旨演講。 他簡要介紹了量子計算和囚禁離子的量子類比的最新進展，概述了可用的量子工具箱，並討論了該方法的可擴充性。
清華大學基礎科學講席教授段路明以《囚禁離子量子計算的擴展》為題進行主旨演講。 他指出，囚禁離子是實現大規模量子計算的主要實驗平臺之一。 目前，在小型系統中已經實現了高於容錯閾值的高保真量子門。 段路明教授介紹了一種基於二維離子晶體相幹操作的囚禁離子量子計算的新擴展方法，以及該方向的最新實驗進展，包括在二維離子晶體中穩定困住和冷卻1000多個離子，用61個離子進行超越經典類比能力的多體模型量子類比，以及在37個囚禁離子上進行單獨尋址的全堆積量子計算。
中國科學技術大學物理學教授陸朝陽以《光子的量子優勢》為題進行主旨演講，介紹了課題組最近在利用九章系列光量子計算機展示量子計算優越性，利用光子首次實現隱形傳態和精密測量的量子優勢方面的工作。 特別的，陸朝陽教授還介紹了關於255光子的九章三號的最新進展。
杜克大學電氣與計算機工程和物理學Gilhuly Family Presidential傑出教授、美國國家科學院院士Christopher Monroe以《量子計算機的擴展之路：從物理學到工程再到應用》為題進行主旨演講。 他表示，作為量子計算領域的一名實驗家，我們看到這一領域正在從物理轉向工程，甚至更令人興奮的是，轉向應用。 Christopher Monroe教授指出，量子計算機類似於一個並行處理器，當許多量子比特放在一起時，它具有指數級的可能性。 然而，量子力學中的量子測量過程最終只能得到一個答案，這個答案的概率可能是指數級的小。 “雖然量子計算中有一些潛在的應用還沒有得到明顯的證明，比如優化，但我們認為，基於固態元件的量子計算機需要在物理學上取得突破。 隨著我們繼續瞭解多體量子態，科學仍有很大的空間來填補空白。 “他談到。
在對話環節中，嘉賓圍繞市場化觀察、實驗方法、領域發展以及面向年輕科研人員的跨學科發展建議等話題展開探討與交流。
在【數學專場 – 數學縱覽：從理論到應用】專題研討會上，香港理工大學應用數學系講座教授、歐洲人文和自然科學院外籍院士、香港科學院院士楊彤領銜，邀請香港大學數學系講座教授及新基石研究員何旭華，普林斯頓大學Frederick L. Moore金融學講座教授、統計學教授、 運籌與金融工程系前系主任、統計學委員會主席范劍青，哈佛大學William Elwood Byerly講座教授蕭蔭堂，清華大學高等研究院“楊振寧講座”教授王小雲，圍繞“代數與幾何中的正性”、“數據科學與社會”、“分析、代數、幾何和邏輯的介面”、” 格密碼的理論與實用“等展開學術分享與探討。
楊彤教授對本場演講嘉賓以及現場觀眾表示感謝，並對嘉賓的科研經歷與演講課題進行介紹。
香港大學數學系講座教授及新基石研究員何旭華以《代數與幾何中的正性》為題進行主旨演講，舉例闡述全正性理論的優雅之處，以及它與組合數學、代數、幾何、拓撲學和數學物理學的深刻聯繫。
普林斯頓大學Frederick L. Moore金融學講座教授、統計學教授、運籌與金融工程系前系主任、統計學委員會主席，中國臺灣“中央研究院”院士范劍青，以《數據科學與社會》為題進行主旨演講，討論如何使用統計機器學習技術和大數據來解決金融和經濟領域的社會問題，並展示在衡量住房積極性、 從中國金融文本數據中進行情感學習和財務報表缺陷檢測方面的應用。
哈佛大學William Elwood Byerly講座教授、美國國家科學院院士、美國藝術與科學院院士、中國科學院外籍院士、中國臺灣“中央研究院”院士、香港科學院創院院士蕭蔭堂，以《分析、代數、幾何和邏輯的介面》為題進行主旨演講。 蕭蔭堂教授討論了分析、代數、幾何和邏輯的介面。 他指出，這個介面把復幾何中對稱流形剛性和映射特性的技術與超越性結果聯繫起來，這些結果大大限制了變數及其在某些均勻化映射（如指數映射）下的圖像與代數的相關程度。 在這個介面中，邏輯中的o-極小性理論發揮了重要作用。
清華大學高等研究院“楊振寧講座”教授、中國科學院院士、2019年未來科學大獎-數學與計算機科學獎獲獎者王小雲以《格密碼：從理論到實用》為題進行主旨演講，回顧了格密碼的數學基礎，介紹了近年來格密碼演算法的實用化設計的思想與方法，以及格密碼研究中一個神奇的分支–全同態加密，及全同態加密在隱私計算和聯邦學習等場景中的重要應用。
為期4天的2023未來科學大獎周系列活動，由10月14-15日的“科學峰會”、10月16日的“亞洲青年科學家基金專案2023年度會議”、10月17日的“獲獎者對話青少年”、“頒獎典禮”組成，全球傑出科學家彙聚一堂，共同探討學術前沿，共襄科學盛舉。（圖組委會提供）
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