文｜《中国科学报》记者 张晴丹
“典神”是大学同学对吴典的称呼。这个笑起来有些腼腆的26岁大男孩在北京大学物理学院读本科时就已经小有名气。大三时，他就曾以第一作者身份在顶刊发了论文，有着让人羡慕的“学霸”履历。
吴典所做的研究是把前沿的计算技术引入到物理学中，去解决当代物理学的重要难题。直博到瑞士洛桑联邦理工学院后，他继续在这个领域耕耘。近日，吴典以第一作者的身份在Science上发表论文，介绍了自主开发的一种新的突破性方法，为解决最困难的量子问题提供了方向。
读博4年，吴典基本上每天对着电脑不停地敲着海量的代码，像一台上了发条的机器。“我现在感觉有点累了。正好博士要毕业了，我想稍微歇一歇。”
吴典
从亚原子粒子到复杂分子，量子系统是了解宇宙如何运作的关键。但有一个问题是：当你试图为这些系统建模时，其复杂性很快就会失控。试想一下，要预测一大群人的行为，但每个人都在不断影响其他人，把这些人变成量子粒子，那么现在面临的就是 “量子多体问题”。
“量子多体问题”是预测大量相互作用量子粒子行为的难题，非常具有挑战性。解决这些问题可以为化学和材料科学等领域带来巨大进步，甚至推动量子计算机等新技术的发展。
加入的粒子越多，它们的行为建模就越困难，尤其是当你在寻找系统的基态，也就是最低能量状态时。但这又很重要，因为基态可以告诉科学家哪些材料是稳定的，甚至可以揭示超导等奇特的状态。
每个问题都会有解决方案，但哪一个更好呢？
多年来，科学家们一直采用量子蒙特卡罗模拟、变分波函数和张量网络等方法来尝试解决这些问题。每种方法都各有优缺点，但很难知道哪种方法最适合哪种物理系统。直到现在，还没有一种通用的标准来比较它们的准确性。
“为了解决这个问题，我们与许多不同领域的科学家合作，提出了一种名为‘V-score’的新标准（‘V’表示变分精度），用于比较不同计算方法在同一量子系统上的表现，‘V-score’可用于识别最难解决的量子系统。”吴典介绍。
这是一个庞大且无比复杂的研究项目，似乎注定了审稿也不会一帆风顺。“Science对文章结论的可重复性有非常高的标准，要求每个数据在其他论文上有明确报道。如果没有这一项也没有经过同行评议，我们就必须自己保证它的可重复性。而目前我们收集的数据大部分都属于后者，难度加倍。”吴典说。
这篇文章光是审稿就用了两年时间。这期间，吴典和合作伙伴一直在做数据的完善工作，耗时又费力。他们要确保把代码写得非常通用，代码开源后要保证在其他电脑上也能轻松跑起来。所有的代码，吴典都会亲自检查一遍又一遍，为的就是努力实现完美的可复现。
没日没夜的科研攻关，最终换来审稿人的高度评价。审稿人认为文章内容非常完整且全面，强烈推荐在Science上发表。
这项研究的意义并不在于对现有技术进行排名，而是用一种可靠的方法来评估即将推出的新技术所带来的优势。“我们的数据库和代码是完全开放的。我们希望它成为一个动态资源，每当有新技术出现在文献中，它就会更新。”论文通讯作者、瑞士洛桑联邦理工学院教授Giuseppe Carleo说。
从小，吴典就是大人眼中“别人家的孩子”。他不光成绩优异，还特别爱阅读科普书，“读初中的时候，我从书里了解到量子计算机是非常厉害的东西，我就想着以后要做量子计算机。”
高中时期，吴典成为了“物理竞赛党”这类特殊群体中的一员。他经常扎在实验室里集训，辗转于全国各地参加各种物理比赛。在一次又一次残酷的比赛中，他获得了“天外有天”的视野和“突破天际”的勇气，也与物理结下了不解之缘。
2016年进入北京大学后，吴典选择了物理专业。通过参与合作科研项目，吴典获得了中国科学院物理研究所研究员王磊和中国科学院理论物理研究所研究员张潘的指导，由此开启了他在科研领域新世界的大门。
儿时想要制造量子计算机的梦想始终萦绕心间，他本想以此作为科研方向，奈何大学前两年遭遇多重困难举步维艰。有专家指出要造出量子计算机可能需要50年，于是他转而将目光聚焦到计算技术与物理学的结合上，想用经典计算机来求解一些量子物理问题。
“跟其他物理学家比起来，我可能不是很精通物理。但我最大的优势是，我特别懂计算技术。我可以发挥这一优势，去填补物理学理论与计算之间的鸿沟。”吴典说。
他对计算技术与物理学的交叉学科有着非常严谨的科研态度。他曾在天河二号计算机上刨根问底地追查小数点后第十六位的差错，也曾与科学计算语言Julia的开发者长谈自动求导与公共表达式的关系，更是常常用极限、守恒等简单的物理思维来检查程序中的错误。
作为少有的既懂理论物理又懂计算机编程的科研人员，吴典认为自己有责任为科学作贡献。“能力越大，责任越大。既然我了解这两个领域，我就要尽我所能将两者结合解决更多科学难题。”
为了增加知识储备，大学期间，他每天都要在arXiv上浏览三四百篇论文。他坚信自己的大脑比网上眼花缭乱的人工智能推荐系统更加可靠。每日读文献的习惯一直延续至今。现在他仍然每天认真看两三篇论文，他坚信充沛的知识是最好的营养品。
读大学时，在同学们眼里，他是超厉害的“典神”。在第八届中国大学生物理学术竞赛中，吴典带领北大队获得一等奖，并获得最佳选手奖。在大三时，他作为第一作者完成的论文《基于变分自回归神经网络求解统计物理问题》，发表于物理学顶级期刊PRL，并且获得编辑推荐。他还获得2018年Citadel Datathon数学建模竞赛中国赛区第一名。
“典神”有很多有趣的语录，成为了同学们茶余饭后的谈资。例如，“对待物理的态度，就跟肖邦眼中的钢琴、陈景润眼中的数学一样，要把它当作一门艺术去对待。”“直男不喜欢女生打耳洞的主要原因似乎是它会改变身体的拓扑结构。”
但是学霸的人生并不轻松，也有很多苦恼。为了更好地做科研，他直博到瑞士洛桑联邦理工学院。洛桑的主语言为法语，语言障碍成为了第一道门槛。“一开始，我花了很多时间学法语，但一直都没有学到能与当地人正常交谈的水平，进步很慢。”
吴典（右二）与课题组成员聚餐
虽然在这里居住了4年，吴典依然像一个初来者。他对当地的饮食、电视剧、地理人文等一窍不通，几乎把所有的时间和精力都投入到科研和感兴趣的事情中。
“不过，人不能24小时搞科研，否则脑子真的会烧掉。我需要一些别的爱好来转换自己的思维，会在科研之外干一些别的事情。我们每个人都应该找到一种适合自己的放松方式，做科研一定要张弛有度。”吴典说。
除了物理和计算机之外，吴典还对数学、工程、美术设计以及“视觉小说”很感兴趣。他还组织志同道合的同学成立了游戏制作小组，将艺术与计算机图形学、人工智能内容生成、软件工程等最前沿的技术相结合，开发出了一款新游戏。
4年读博下来，高强度、机械、重复的敲代码已经让吴典感到有些疲累。“我想换换心情去做其他研究。比如，现在除了搞物理，我还希望能做一些计算机技术方面比较基础的工作，应该能做出一些成果出来。”
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adg9774
编辑 | 方圆
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