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刘川jk 黑丝 北京大学 编者按：近一年来，《现代物理常识》剪辑部一直在策划以本刊2021 年出书的“庆贺李政说念先生九十五华诞专刊”著述为基础，编写《李政说念与中国科学》一书。2024 年8 月4 日，有名物理学家李政说念先生灭一火，学界纷纷牵挂一代行家。从本期运转，咱们将专门为《李政说念与中国科学》补充约稿的几篇著述，在杂志上陆续刊登，以示对先生的深化漫骂。 2024 年8 月4 日，李政说念先生仙逝，享年97 周岁。一段时刻以来，多家媒体发表了对李先生的悲痛著述。大众追念李先生的旧事，感想他为中国的科学、补助做事所作念出的紧要孝顺。我曾受益于李先生推动并促成的“中好意思合股培养物理类商榷生蓄意”（CUSPEA），与李先生有更深一层的关联；我的物理商榷地点——格点量子色能源学——亦然李先生也曾十分垂青的一个粒子物理范围。因此，也借此文将他在格点量子色能源学及其数值蓄意方面所作念的事情作念一个回忆。我比李先生要晚了至少两辈，因此许多早年（主要指20 世纪80 年代和90年代）的事情并非切身阅历，而是凭证后续的关联文件整理所得，恐未免会有进出。但我如故尽量至意地将这些进程样子出来，以抒发对李先生的感谢和悲痛。若有失当之处，敬请列位关联各人和读者纠正。 本文的标题涵盖两个方面，一个是格点量子色能源学，另一个是芯片，它们各自波合格点量子色能源学这个物理学特殊的子地点的两个终点垂危、同期又是互补的侧面：最初它是一种表面商榷设施；其次它如故具体的商榷技能。底下，咱们将看到，李政说念先生在这两个方面齐展现出了超前的瞻念察力，并作念出了践诺性的孝顺。他对于格点量子色能源学的启发和孝顺不单是限于中国，对于全世界范围内该学科的发展也起了举足轻重的作用。 01 李先生对格点量子色能源学发展的影响和孝顺 最初有必要略略先容一下格点量子色能源学（又称为格点范例场论），与李先生所主要商榷的粒子物理之间深刻的关联。咱们当前知说念，天然界中四种基本相互作用中的三种，具体来说等于强作用、弱作用和电磁作用，齐不错和谐地长入在粒子物理的表率模子的表面框架之下。表率模子出身于1974 年，其中与电弱相互作用关联的构成部分——电弱长入模子其实就构建于李政说念和杨振宁先生1956 年发现的弱作用宇称不守恒的基础之上，是一个手征范例表面：该表面中费米子的左手和右手部分与范例场的耦合是截然不同的。表率模子的另外一部分则是刻画强相互作用的量子色能源学(QCD)——它在样式上肖似于电磁作用的基本表面，即量子电能源学(QED)，但却展现出截然不同本性。QCD中费米子傍边手重量与范例场的耦合是相通的，但却在粗劣区展现出猛烈的非微扰本性。 固然粒子物理表率模子大的表面框架在20 世纪80 年代初也曾大致明晰，但其中波及强相互作用的部分则碰到了前所未有的挑战。在强作用的粗劣区域，强相互作用极强，远强于电磁作用，这使得以往物理学家所熟知的微扰论的设施——这对于量子电能源学特地生效——绝对无法利用。比如，质子和中子固然由夸克构成，然则其构成的因素夸克从未被单独分离出来，它们老是被顽固在质子或中子里面——这称为色顽固。这等于咱们称为非微扰性质的长途。这个长途不错说一直伴跟着20世纪和21 世纪的物理学。直到今天，物理学家仍然在发奋探索以克服这个长途。 在1974 年，好意思国物理学家Ken Wilson 提议了格点量子色能源学(格点QCD)的表面设施。它是将所商榷的量子场——包括夸克场、反夸克场和范例场——分立化到四维欧氏空间的格点之上，这么不错在费曼旅途积分的框架下非微扰地界说量子色能源学。到20 世纪80 年代初，好意思国的另一位物理学家克罗伊茨在些许个格点范例表面中，初次尝试了在大型蓄意机上利用数值模拟来非微扰地蓄意SU(2)表面中的物理量。天然，囿于其时的蓄意才气的落幕，这些蓄意只是大要演示一下基本的逻辑想路，还绝对不成像今天这么，真是产生与实验落幕平直可比对的效果。 对于格点量子色能源学这个其时全新的商榷地点，李政说念先生展现出了作为顶级表面物理学家过东说念主的锐利和超前的瞻念察力。他其时就默契到这是一个极具发展后劲的商榷地点。从他后续的商榷来看，他其时的和蔼点主要衔接在格点量子色能源学的两大地点之上：一个是比拟表面化的问题，即若那里理格点上由所谓的Nielsen-Ninomiya 定理引起的费米子加倍问题；另一个则是曲常践诺的问题，即怎样利用大型蓄意法子非微扰地蓄意多样强子的物感性质。李先生超卓的锐利和超前的瞻念察力是由后续40 余年的物理学发展所证明的。格点量子色能源学上述两个基本问题，一直到今天仍然是困扰关联物理学家的关节问题。换句话说，这个问题一直调换着关联的商榷者长达40 余年。要知说念在20 世纪的80 年代初，咱们对于粒子物理表率模子的信心和意会还远莫得像今天这么的完善：至少其时表率模子中的许多基本粒子在实验上还齐莫得被发现和阐明。但作为别称隆起的表面物理学家，李先生在这少许上真是展现了令东说念主钦佩的超前瞻念察力。事实证明，他其时和蔼的这些物理问题一直到今天仍然是粒子物理商榷的热门问题。本文中笔者只所以格点量子色能源学为例来说明了这少许；李先生在物理学其他方进取展现出前瞻性的例子还有不少，比如李先生对于相对论性重离子碰撞和QCD相变问题的和蔼、还有他对于中微子质地问题的和蔼，等等。对于这些其他的方面，读者不错参考其他的回忆著述，我在这里就不再赘述了。 针对第一个表面性问题，李先生和他的永远谐和者R. Friedberg，还有其时仍然是年青教师的Norman Christ，坐窝进入该地点的商榷。针对格点场论体现出来的费米子加倍问题——这个问题劳作了将格点场论的非微扰表面设施应用于弱相互作用这类傍边手不合称的范例表面之中——他们提议了有名的立时格点的表面框架。他们在1982 年发表的三篇论文飞速成为了这个新兴地点商榷中的热门话题。固然立时格点的表面框架自后被发现并不成简单地照应费米子加倍的问题，但该商榷也揭示了这个表面问题的深刻性和复杂性。践诺上比年来又有不少商榷者重新磨砺立时格点的可能性。而怎样非微扰地界说手征范例表面的问题，于今仍然是粒子物理和量子场论学界莫得赢得透顶照应的紧要难题之一，有好奇景仰的读者不错参考关联文件。 除了上述艰深的表面问题具有瞻念察力外，李先生还对强作用的数值蓄意终点疼爱。这就波及将蓄意机数值模拟蓄意应用于强相互作用的问题了。前边曾说起，20 世纪80 年代是格点量子色能源学发展的早期起步阶段。在那时候，即使是好意思国这么在蓄意机硬件方面果决走在全世界最前哨的国度，其所谓的超等蓄意机（其时称为并行蓄意机）的数值蓄意才气亦然十分有限的。其时大要从事数值模拟的物理商榷东说念主员亦然历历。换句话说，其时蓄意机的蓄意才气和物理学家所盼愿大要蓄意的相距甚远。这就使稳健年真合法要进行的蓄意经常距离物理情况相距甚远。格点量子色能源学的蓄意基本上仍处于一个“模子演示”阶段。 国厂偷拍在线播放固然如斯，但李先生仍然看好这个与蓄意机数值模拟关联良好的地点的将来。作为神态的负责东说念主，他亲自指导好意思国哥伦比亚大学物理系的商榷东说念主员进入到专用于格点范例表面蓄意的高速超等蓄意机研制责任中。1982 年至1988 年间，哥伦比亚大学建造的2 维网状蓄意机系列中，最快的一个的峰值速率为160亿次浮点运算/秒（这在今天看来，大要只终点于当前些许台PC 的蓄意才气，但在80 年代初，这蓄意才气被视为天文数字），运算格点量子色能源学时的捏续速率达到65 亿次浮点运算/秒。为了罢了这个主意，他死力饱读吹以N. Christ 为代表的哥伦比亚大学的同仁与各芯片厂家谐和，积极研制适用于格点蓄意的专用芯片。这一举措践诺上是一个绝对改动传统的表面物理学的斗胆的决定。事实上，从那时候到当前的科学发展证明，大型蓄意机的引入不单是改动了物理学，何况深刻地改动了整个科学的疆域和责任模式。在今天看来，由于蓄意机的深层介入，当前的物理学商榷范式也曾从几十年前传统的表面物理和实验物理的两级分离模式过渡到了表面物理、实验物理和蓄意物理的三分寰宇的商榷方法。李先生是典型的传统表面物理学家，本东说念主并不作念具体的数值蓄意；然则他在80 年代就瞻念察到这个新兴地点的广泛后劲以及它将改动将来科学商榷的可能性，这是曲常令东说念主钦佩的。 大范围的数值模拟的介入，意味着原先从事传统表面物理商榷的科学家需要像实验物理学家那样，去发奋构建和优化顺应我方蓄意问题的芯片和蓄意机。因此也需要一个具有一定例模的谐和组，大众共同谐和发奋。这恰是哥伦比亚格点谐和组往时所开启的做事。我今天还明晰地难忘，在20 世纪90 年代初我运转参加海外格点年会的时候，哥伦比亚格点谐和组每年齐会在机器与算法的分会上展示他们最新的蓄意机研制进程；固然多年间并莫得真是与实验可对比的物理落幕，然则这些提防于机器与算法方面的商榷对于格点量子色能源学这个高度依赖于蓄意资源的地点而言，仍然是十分关节的。当前回偏激来看就不难发现，往时这段筚路褴褛的历程是何等地难能认真。 从20 世纪80 年代起，一直阅历整个90 年代到本世纪初，经过20 余年的不懈发奋，在李先生的倡导和指导下，哥伦比亚格点谐和组终于生效地搭建了多台高效的、适用于格点蓄意的专用机器。恰逢这些年中，蓄意机的数值蓄意才气会跟着芯片的才气的提升辞退所谓的摩尔定律，即其蓄意才气随时刻有一个指数的增长。与此同期，格点量子色能源学关联的数值算法的商榷也日渐熟练。这些效果的累积到21 世纪初，格点量子色能源学也曾不错束缚产生真是可与实验对比的物理落幕了。在21 世纪初，RBC谐和组宣告缔造。利用哥伦比亚格点谐和组多年的累积——这包括矍铄的蓄意资源的商榷和熟练的算法的商榷——RBC谐和组攻克了强相互作用中许多有名的物理难题：这些问题波及CP梗阻、QCD相变等多个关联范围；而以Norman Christ 老师为代表的哥伦比亚格点谐和组也成为了格点量子色能源学界最有名的谐和组之一。 另外值得说起的少许是，李政说念先生早在20 世纪80 年代就积极倡导与科技公司谐和，这不单是催生了物理学中的新的商榷地点——格点量子色能源学，也反过来极地面促进了超等蓄意机芯片自身的研制。在2005 年，为了奖赏李政说念先生在蓝色基因/L先导蓄意机开发进程中作念出了垂危孝顺，IBM 公司挑升在李政玄老师80 生日之际，向他专门转圜了一块蓝色基因/L蓄意机卡（图1）。 
图1 IBM公司在李政玄老师80生日之际，向他转圜一块蓝色基因/L蓄意机卡 02 李先生对中国格点量子色能源学发展的影响 前边一部分说起的主若是在海外范围上，李政说念先生对格点量子色能源学学科的疼爱和他对其的孝顺。底下先容一下我所了解的李先生对我国的格点量子色能源学发展的影响。 就中国格点量子色能源学这么一个具体的新兴学科而言，李先生的孝顺和影响仍需放在其时中国科学——非常是粒子物理学——发展的大布景之下进行磨砺，这亦然李先生对中国科学和补助发展的广阔垂危孝顺中的一环。 20 世纪80 年代初的中国在落幕了十年的特殊历史时期之后，开启了更始洞开的进程。与此同期，我国的科学做事也迎来了科学的春天。我国与海外学术关联也缓缓开启。鉴于国内的无数粒子物理的学者对其时也曾迟缓熟练的表率模子的内容并不了解，李先生在他早期的几次归国时间，专门亲力亲为地先容了这些关联的内容，以使国内的学者们尽快战斗到这些前沿海外施展。在他的建议下，还开辟了CUSPEA轨制——我恰是通过该神态于1988 年赴好意思留学并最终投身到格点量子色能源学的商榷之中的。 为了促进刚刚开启的海酬酢流，1986 年10 月，李先生在北京创立了中国高档科学技巧中心（CCAST），并担任其毕生主任。1987 年，高档科学技巧中心初次举行学术年会，李先生其时校服的会议主题等于“用并行机的格点范例表面”。这个接受充分体现了李先生对于新兴地点格点量子色能源学的高度疼爱。他不仅将其选为第一次年会的主题，他还亲自创作了该年会的主题画，参见图2。 
图2李政说念先生为第一次CCAST学术年会所作念的海报。会议的主题是“用并行机的格点范例表面” 李政说念先生以他所在的哥伦比亚大学其时用于格点蓄意的并行机的走漏图为布景，并在中心写下一个大大的“格”字。这张图是他对“海报也不错成为艺术品”这一联想的初次尝试。在今天看来，这真是是一个终点超前确现代艺术作品。在汉文中物理又被称为格致——取其格物致知之意。因此，“格”这个字既包含了整个物理学，同期也体现了格点这个新兴的地点，一字双意；其布景则选为走漏图则充分说明了这是一个依赖于蓄意机数值蓄意的新兴地点。 前文曾说起，即使在蓄意资源相对丰富的好意思国，在20 世纪80 年代和90 年代，时常的蓄意机齐无法胜任终点接近践诺物理的格点蓄意。在更始洞开之初蓄意资源愈加匮乏的中国，这种长途就愈加了得了。其时国内较大的蓄意机主要用于国防方面的蓄意需要，并不合基础商榷洞开。我当前明晰地难忘，往时我在北京大学读本科时（1984~1988）也稀有值蓄意方面的课程，但所用的蓄意机是曲常简短的。即使到了20 世纪90 年代末，可用于基础科学商榷的蓄意机也多以IBM 个东说念主电脑这类为主，绝对无法胜任真是的格点数值蓄意。固然如斯，CCAST 首届的学术年会让其时国内许多的学者了解到了格点量子色能源学（或按照往时的名称为格点范例）这个生机勃勃的学术地点。我国第一代从事格点范例商榷的学者险些齐受到CCAST的此次垂危学术行为的影响和驱动。这对自后中国格点量子色能源学的发展起到了终点关节的发蒙作用，播下了一颗垂危的火种。李政说念先生还关联购买了大型责任站等中国当先锋无法提供的开辟。这些其时的超等蓄意机向宇宙科研东说念主员提供免费使用的权力，为促进中国的科研责任作出了广泛的孝顺。 我1996 年归国责任后，国内不错用于基础科学的蓄意资源相较于20 世纪80 年代也曾有了极大的改善。因此，我其时深感应当发奋将数值模拟蓄意的责任开展起来。格点量子色能源学地点的特色是，只是进行纯瓦解表面方面的商榷很难有所推动。为此，2005 年我与其时国内从事格点量子色能源学的诸位年青学者通盘，倡议缔造了中国格点谐和组（CLQCD）。咱们在充分利用其时国内已有的蓄意资源的同期，发奋去寻找并利用较大范围的蓄意资源。这些发奋经过多年的累积有了初步的效果：咱们完成了一系列有一定影响的商榷责任，还培养了一批从事格点量子色能源学商榷的、愈加年青的学者，其中后者显得尤为垂危。我国还在2009 年和2019 年分别在北京大学和华中师范大学生效举办了两次海外格点年会，扩大了中国格点量子色能源学商榷和CLQCD谐和组在海外上的影响。 国内超等蓄意机资源的大幅度改善始于2015年傍边。记号性的事件是2016~2017 年我国自主研制的“太湖之光”蓄意机迷惑两年赢得世界500 强超等蓄意机名次之首，其顶级运算速率达到了12.54亿亿次/秒。国产超算的飞速发展使得咱们看到了狂放发展格点量子色能源学的机会。然则顶速的名次是一趟事，将国产超算利用于具体的科学商榷则还有终点多的责任需要完成。国产超作为为通用性的科学蓄意开辟起步比拟晚，相应的软件适配环境也比拟薄弱。这意味着咱们需要针对不同的科学商榷问题开发相应的软件并将其优化。也等于说，咱们需要仿照上头说起的哥伦比亚格点谐和组20 世纪80~90 年代的作念法，束缚优化咱们的蓄意模式。与此同期，由于海外场面的变化，某些国度运转对我国的芯片执行禁运策略。对于格点量子色能源学这个终点依赖于大范围数值蓄意学科，上述两方面因素给中国的关联商榷带来了终点严峻的挑战。天然，国产超算的发展并莫得因此停滞，中国的格点量子色能源学的发展也并莫得停滞。咱们齐在共同发奋，力图拿出基于中国自主蓄意资源的照应决策——这既包含了隧说念的蓄意决策，也包含了相应的量子色能源学商榷的物理落幕。收获于比年来国度基金委和科技部的狂放相沿，CLQCD的同仁们与我国的各个超算中心正在积极谐和发奋之中。与此同期，由于当前格点量子色能源学的蓄意也曾有不少不错与实验平直进行对比，咱们也加大了与粒子物理核物理实验的谐和。因此，基于芯片上的格点量子色能源学等于一个与粒子物理/核物理实验和超等蓄意机发展高度交叉和和会的一个地点。咱们信托，通过咱们不懈的发奋，也一定大要将中国的格点量子色能源学发展好。 本文通过对历史的纪念，分别从海外和国内两个侧面先容了李政说念先生对格点量子色能源学的孝顺及其深远影响。李先生作为具有突出远见的科学家对我国的科学和补助做事齐作出了广泛的孝顺，而本文只所以格点量子色能源学这个李先生终点疼爱的子地点发展的历史来文牍这少许。李先生也曾说过：“整个中华英才等于一个东说念主，是世界最大的东说念主，是历史上最大的东说念主，亦然将来最大的一个东说念主。”作为在中国从事格点量子色能源学的晚辈，咱们中国格点谐和组的统统东说念主齐有职守将中国的格点量子色能源学发展好，争取大要成为“将来最大的一个东说念主。” 本文选自《现代物理常识》2024年5期YWA剪辑 《现代物理常识》 搜索微信号 mpihep 本文转载自《现代物理常识》微信公众号 《物理》50年精选著述jk 黑丝
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