基础科学如何作用于大模型、量子计算，专家们强调了数学的重要性

当前科学研究已进入交叉时代，基础科学如何为实际应用解决问题？未来基础科学将与哪些学科产生交叉？

在7月24日开幕为期三天的浦江基础科学发展论坛上，包括首位获菲尔兹奖的华人数学家丘成桐在内的海内外多位科学家围绕“基础科学的现状与未来”展开讨论。

作为一门基础学科，数学不仅与物理学、化学等其他基础学科的发展紧密相连，同时也是工程技术的基石。三天的论坛也将数学作为探讨基础科学问题的一个重要落脚点。

“当今科学研究越来越交叉和互利，而数学是基础学科，能与很多其他学科实现交叉。”丘成桐在24日的开幕式上表示，在他看来，数学和生物、医学（交叉领域）是未来一个重要的发展方向，要加强这方面的合作。

数学是前沿科学的基础

当前科学研究已进入交叉时代，基础科学与应用研究应该如何平衡？

丘成桐表示，数学是学科交叉的重要基础。过去，数学与物理学有过很多密切的交叉和交流，并持续在凝聚态物理等领域加速合作；今天，很多学科都和数学有了密切关系，其中一个重要的开始就是从这几年生物医学和数学的交叉，从前生物基本上就是实验的科学。“我觉得数学和生物、医学是未来一个重要的发展方向，要加强这方面的合作。”

此外，近些年再次兴起的人工智能对于理论科学和实验科学都大有裨益，但其基本原理还有待数学家深入研究，他认为，如果能弄清原理，人工智能的应用范畴将大得多。

“任何一个学科，一定要搞清楚原理，搞清楚了原理以后它的应用范畴可以大得多。”他强调，基础数学本身一定要发展，假如数学本身不发展，那么应用是做不出来的。交叉学科是因为这两个学科都很强才可以交叉，假如只看到交叉的结果，不看学问本身，是永远成功不了的。“只看到应用，没有看到基础科学本身的发展，没有强的基础数学，比如说数论、代数、几何等基础数学不强的话，应用是做不强的。所以基础科学要作为最基础的方面来发展。”

和丘成桐持相同观点的，还有中国科学技术大学数学所所长胡森教授，在论坛现场接受第一财经记者采访时说，数学的发展和其他学科发展紧密相连，比如现在的人工智能、生物医学等都离不开数学，特别是人工智能的发展和突破，就是通过数学才有更进一步的发展。

一直从事数学物理交叉学科研究30年的胡森，研究正聚焦在量子场论和弦理论数学构造方面。

在他看来，目前像通用量子计算机这类前沿科学还未取得实质性突破，数学家们也正在研究拓扑量子计算机的基础——拓扑场论模型，如果取得突破，则对量子计算有重要意义。

“我们做基础数学研究的不需要实验室，也不需要计算机，用笔和纸就够了。”胡森说，但这些最基础的研究却是指导实际应用的关键。

除了量子计算，在清华大学人工智能研究院常务副院长孙茂松教授看来，大模型最终的突破关键，也是数学。

孙茂松接受第一财经采访时说，对于大模型，当前的问题在于并不清楚openAI的机理是如何运作的，就连推出ChatGPT的OpenAI公司首席执行官萨姆·奥特曼也表示，虽然做出了GPT但也不清楚发生的原理。“实际上就是对这个机理还不清楚。”就像曾经瓦特在不明原理的情况下发明了蒸汽机，而在工业革命发生后热力学三大定律才发现。

他认为，现有的人工智能模型已经能做到说话通顺，但这个问题的内在仍然十分复杂。如果弄清楚了大模型里的规律、ChatGPT背后的机理，就有可能克服现有人工智能大模型的局限性，建立下一代人工智能的理论和模型。

“深度神经网络背后的元素都是数学，但它又跟纯数学有不一样的地方，它的信息量非常大，以前数学从来没有想到能放这么多东西进来，现在大模型背后涉及的大数据是万亿级的。数学家以前也从来没解过这么大的一个方程组。”孙茂松说。

基础科学如何培养人才

数学、物理等作为自然科学的基础，对我国科技发展至关重要，而这也倚赖于青年人才的培养。

中国科学院院士、复旦大学数学科学学院教授、上海数学中心主任李骏对记者表示，要吸引人才或者做基础科研，需要一个更加开放的环境，让人才能够人尽其才。他说，对于引进国际优秀人才，就是要让他们看到更好的发展前景。“同时要打造更好的环境，无论是一个人周边的小环境还是国家发展的大环境。”

为培养数学拔尖人才，复旦大学数学科学学院、上海数学中心在2019年启动了“数学英才试验班”计划。为了让学生有时间自由探索，“数学英才试验班”设置了大量自选课，李骏说，未来希望和国际知名研究所或大学合作，把学生送去交流学习半年或三个月，同时邀请一些知名教师来上海。

胡森则提到最重要的是不要只会“背公式”，“中小学数学教学就要让孩子们理解每一条公式和定理的背后，而不是一味地让孩子们背公式、套公式。”为什么中国的数学大师人数与西方国家差距较大？在胡森看来，就是解题能力和创新能力不匹配的问题，解题能力有优势的中国学生仍要加强创新能力。“所以大学数学老师一定要提高自己的水平，把数学思想和原理的理解放在首位。”

在他看来，数学专业的大学生如果想提升创新能力，就要与数学大师进行交流，这样能够得到大师们的指导，辨别出哪些问题才是真正值得研究的，而不是去“钻牛角尖”，把精力投入那些价值不大的数学问题上去，“要把数学大师请到中国来，打开国内大学生的视野”。

丘成桐也在开幕式上致辞表示，如今中国政府比以往更重视基础科学的发展。而长三角既有数学研究的历史沉淀，也有如今足够的经济能力支撑，应该吸引中国乃至全球最好的学者和学生。因为“基础研究的关键是人才引入”。丘成桐说，上海要积极打造适合做学问的环境，让学者能发挥所长。

正推进全球科创中心建设的上海，近年来持续加强基础研究的投入力度。在研发投入方面，2021年，全社会基础研究投入达177.73亿元，占研发投入的比重近10%，较五年前翻了近一番（2017年为92.51亿元）。在人才培育方面，截至目前，在沪两院院士共171人，其中科学院院士97人，工程院院士74人。上海从事科研的“高被引”科学家从2019年的47人增长至2022年的117人，占全国8.5%。

在推动数学、物理、生命科学等基础科学发展上，上海集聚了复旦大学、上海交通大学、中国科学院上海有机所、李政道研究所、上海数学中心等一批大学和科研机构，已建和在建的重大科技基础设施达15个。与此同时，上海以基础研究特区建设为切入点，正优化选题机制、支持方式和评价管理体系，给予科研人员长期稳定支持，并在上海自然科学基金项目和部分人才类项目中率先实施财政科研项目经费包干制，赋予科学家更大的自主权。