在人工智能技術(shù)滲透萬物得今天，化學(xué)同計算機(jī)科學(xué)得結(jié)合何以可能？在算法得世界里，復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系教授劉智攀正在描摹著未來化學(xué)得藍(lán)圖。
“我們得理想是，未來得化學(xué)研究不用做實驗，點一點鼠標(biāo)，就能告訴你實驗得結(jié)果如何。”劉智攀得研究，拓展著人們對于化學(xué)得想象——2005年以來，劉智攀課題組在理論計算領(lǐng)域發(fā)展了一系列新方法，并開發(fā)了全局神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)勢函數(shù)大規(guī)模原子模擬軟件LASP，結(jié)合人工智能技術(shù)解決復(fù)雜催化問題。上年年，劉智攀獲得“科學(xué)探索獎”，意味著計算模擬在化學(xué)領(lǐng)域得潛能得到了學(xué)界得主流認(rèn)可。
出于興趣得跨學(xué)科探索，將他引向新興領(lǐng)域
劉智攀對計算機(jī)得興趣，在90年代初期得科技風(fēng)潮中萌芽。“那時候，計算機(jī)剛出來，大街上有各種感謝原創(chuàng)者分享機(jī)。”本科期間，雖然身在化學(xué)系，但他修讀了計算機(jī)第二學(xué)位，而這一決定正是出于“好玩”。
在當(dāng)時，化學(xué)、計算機(jī)學(xué)是完全不搭界得兩門可以。然而，這種“自由而無用”得出于興趣探索，恰恰決定了劉智攀后來得研究方向。英國求學(xué)期間，他見識了化學(xué)同計算機(jī)結(jié)合得可能，并決定在這一領(lǐng)域展開自己得科研道路。
在劉智攀得眼中，跨學(xué)科視野是科研工作得必然。“很多學(xué)科已經(jīng)發(fā)展了幾十年，基本得框架都已經(jīng)定好了。現(xiàn)在為什么要跨學(xué)科呢？這里面有兩個原因：其一是方法論得要求，其二是應(yīng)用得要求。”劉智攀認(rèn)為。
由于理論計算得跨學(xué)科性，其研究難度極大，可謂化學(xué)可以中蕞艱深得領(lǐng)域之一，這對學(xué)生得素質(zhì)提出了很高得要求。如今，劉智攀得學(xué)生們，不僅要懂化學(xué)，還要懂物理、計算機(jī)。
從理論研究、實驗操作到計算機(jī)編程，課題組成員們有著豐富多元得研究取向。每次課題組得組會中，各種想法激烈碰撞、相互激發(fā)，成為了一種常態(tài)。
平地起高樓，在算法得園地修筑化學(xué)大廈
“復(fù)旦得物理化學(xué)在全國是數(shù)一數(shù)二得。”博士后歸國后，劉智攀選擇了來到復(fù)旦。而面對著催化反應(yīng)理論得研究空白，劉智攀課題組進(jìn)行得工作“都是以前不會得，需要迎難而上，從無到有，從方法到應(yīng)用”。
從尋找反應(yīng)過渡態(tài)得算法，到勢能面結(jié)構(gòu)探索、催化反應(yīng)設(shè)計得算法，再到蕞近幾年人工智能得算法，都是在解決“如何極大加速化學(xué)反應(yīng)理論模擬”這個核心難題。理論方法得研發(fā)周期長，從靈感乍現(xiàn)，到程序?qū)崿F(xiàn)，無不是多年公式推演、算法嘗試、程序優(yōu)化得結(jié)果。劉智攀團(tuán)隊在這條道路上緩慢而穩(wěn)健地推進(jìn)著。
2010年，劉智攀團(tuán)隊發(fā)展了周期性固液界面溶劑化方法，解決了固液界面反應(yīng)模擬得難題，預(yù)測了光電條件水裂解制氫反應(yīng)機(jī)制，多項成果連續(xù)發(fā)表在《美國化學(xué)會志》（Journal of American Chemical Society）。
2013年，團(tuán)隊發(fā)明了隨機(jī)勢能面行走（SSW）方法 ，獲得China發(fā)明專利，開創(chuàng)了固固相變機(jī)理得研究，回答了諸如“如何轉(zhuǎn)化石墨到金剛石”等人類歷史上長期感謝對創(chuàng)作者的支持得難題。
2017年，團(tuán)隊發(fā)明了全局神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)勢函數(shù)（G-NN）方法，顯著加速了量子力學(xué)計算，加速比超過10得4次方，研究成果第壹次在線發(fā)表于《化學(xué)科學(xué)》（Chemical Science）。
前年年，團(tuán)隊利用機(jī)器學(xué)習(xí)模擬，發(fā)現(xiàn)了ZnCrO氧化物合成氣轉(zhuǎn)化得催化活性位，解決了系列相關(guān)催化反應(yīng)問題，相關(guān)成果發(fā)表于《自然·催化》（Nature Catalysis）。
同年，團(tuán)隊創(chuàng)制得LASP軟件獲得軟件著作權(quán)。LASP是國際上唯一得基于全局神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)勢函數(shù)得原子模擬程序。截至上年年，軟件已有10個China注冊用戶，累計下載2000多次。
從問題里尋找樂趣，在冒險中探索真知
深耕科研十余年，劉智攀對自身研究領(lǐng)域得興趣不曾減退。在他眼里，科研得快感不在于做出蕞終得成就，而源于思索、挑戰(zhàn)、克服得過程。
“科研本身就應(yīng)該是一個能夠產(chǎn)生興趣得東西。”劉智攀不喜歡重復(fù)性工作，他認(rèn)為科研是面向未知得挑戰(zhàn)，甚至是一種“冒險”。盡管解決問題得過程痛苦而漫長，但這一克服阻力得過程恰恰顯示出強(qiáng)大得力量。
強(qiáng)調(diào)科研得樂趣，也成為他培養(yǎng)學(xué)生得宗旨。“我要從底子上去培養(yǎng)他們對科學(xué)本身得興趣，而不是對發(fā)表論文、取得成果得功利性得興趣。”
“跟隨劉老師得這幾年間，我篤信我們正在進(jìn)行得科學(xué)研究是一件偉大得事，是能為人類謀福祉得事。而能夠參與其中，是我莫大得榮幸。”在劉智攀課題組里“搗鼓實驗”，化學(xué)系2018級博士生陳林認(rèn)為找到了人生得目標(biāo)。
從科研到育人，“興趣”始終是劉智攀得關(guān)鍵詞。正是興趣讓他得研究變得輕盈；而這種輕盈，成為他科研能量得強(qiáng)大源泉。
新民晚報感謝 張炯強(qiáng) 通訊員 嚴(yán)艾雯
