作者 | 琰琰 

8月16日，第二屆國際理論計算機(jī)聯(lián)合大會（International Joint Conference on Theoretical Computer Science，IJTCS）采用線上線下結(jié)合的形式在北京大學(xué)正式開幕。IJTCS 2021由北京大學(xué)與中國工業(yè)與應(yīng)用數(shù)學(xué)學(xué)會、中國計算機(jī)學(xué)會、國際計算機(jī)學(xué)會中國委員會聯(lián)合主辦，北京大學(xué)前沿計算研究中心承辦。

開幕式上，北京大學(xué)前沿計算研究中心講習(xí)教授、IJTCS 2021聯(lián)合主席鄧小鐵在致辭中表示，期望 IJTCS能夠成為中國理論計算機(jī)學(xué)術(shù)會議品牌，為國內(nèi)理論計算機(jī)領(lǐng)域的專家學(xué)者和廣大同學(xué)們提供高水平的交流和學(xué)習(xí)的平臺，推動中國科學(xué)家在理論計算機(jī)領(lǐng)域朝著國際一流的方向不斷成長。

大會程序委員會主席、中國計算機(jī)學(xué)會理論計算機(jī)科學(xué)專業(yè)委員會主任、中國科學(xué)院計算技術(shù)研究所孫曉明研究員表示，中國計算機(jī)學(xué)會以及理論計算機(jī)專委會將一如既往地支持 IJTCS 的發(fā)展，希望與會人員在會上廣泛而深入的交流，碰撞出新的思想火花，產(chǎn)生新的理論成果。

第二屆 IJTCS 將延續(xù)大會一貫宗旨，聚焦理論計算機(jī)領(lǐng)域的最新發(fā)展，對該領(lǐng)域分支中備受關(guān)注的算法博弈論、區(qū)塊鏈、多智體強(qiáng)化學(xué)習(xí)、機(jī)器學(xué)習(xí)理論、機(jī)器學(xué)習(xí)形式化理論和量子計算等深具潛力的關(guān)鍵問題進(jìn)行深入的研究與探討。

同時，大會組織工業(yè)論壇、女性論壇、本科生論壇、青年博士論壇，以及北京大學(xué)前沿計算研究中心理論計算青年教師論壇等特色論壇，希望為與會者帶來一場豐富的學(xué)術(shù)盛宴，并以此推動中國理論計算機(jī)方向的成長。

開幕式結(jié)束后，AI科技評論有幸對話了北京大學(xué)前沿計算研究中心講習(xí)教授鄧小鐵、中國科學(xué)院計算技術(shù)研究所孫曉明研究員以及圖靈班學(xué)生陳宏崟。

 

1

鄧小鐵：IJTCS 2021的創(chuàng)新與傳承 

“計算機(jī)理論研究仍是一個少數(shù)人感興趣的小眾項(xiàng)目”，鄧?yán)蠋煾嬖VAI科技評論，計算機(jī)理論的研究價值和影響力不言而喻，它是一個長期探索的過程，不一定追求短期快速的成效，長期的研究積累和爆發(fā)式的突破也可以相輔相成。近年來，例如大數(shù)據(jù)計算的革命推動理論發(fā)展、也依賴?yán)碚摰陌l(fā)展。

在鄧?yán)蠋熆磥恚碚撗芯渴且婚T必修課，需要提早打好基礎(chǔ)?！盁o論是在人才教育層面，還是產(chǎn)業(yè)應(yīng)用層面，有需要的時候，要有相應(yīng)的成果可以直接拿來用?！?/span>

至于舉辦IJTCS的意圖，以及理論研究在計算機(jī)領(lǐng)域的重要作用，鄧?yán)蠋煼窒砹藘蓚€觀點(diǎn)。他說，其實(shí)我們在某些細(xì)分領(lǐng)域，已經(jīng)取得了非常不錯的成果，如果將理論研究與現(xiàn)有優(yōu)勢結(jié)合，有望能夠?qū)崿F(xiàn)更多國際一流的研究工作。此外，諸如區(qū)塊鏈等新興研究方向，如果從一開始就做到理論與實(shí)踐并行發(fā)展，會更有助于研究工作的推進(jìn)。

理論探索與產(chǎn)業(yè)研究不是兩個完全獨(dú)立的體系，如鄧?yán)蠋熕f，理論研究的一個突出的特點(diǎn)就是，它能夠?yàn)閯?chuàng)新性的應(yīng)用提供靈感和啟發(fā)。就像從理論誕生而來的計算機(jī)一樣。今年的IJTCS會議開設(shè)了兩個工業(yè)論壇，一個是互聯(lián)網(wǎng)，一個是區(qū)塊鏈。鄧?yán)蠋煴硎?，我們希望學(xué)術(shù)界與工業(yè)界之間開展一個對話，雙方了解需求和研究進(jìn)展，以起到相互促進(jìn)和啟發(fā)的作用。

同時他也強(qiáng)調(diào)，技術(shù)和理論都需要創(chuàng)新，如果只是照搬國外成熟的解決方案，只會失去獨(dú)立自主的引導(dǎo)力。希望我們在理論方面的貢獻(xiàn)，能為中國計算機(jī)的成長起到一定的推動作用。

IJTCS 2021會議涵蓋了 10 個分論壇 5 個特色論壇，每個論壇都有該領(lǐng)域的頂尖學(xué)者擔(dān)任程序委員會主席或者發(fā)表主旨演講。鄧?yán)蠋煴硎?，我們認(rèn)為，理論研究工作不能靠自然生長，而是需要有學(xué)者去意識地、有計劃地去推動。

相比于去年，今年大會在機(jī)器學(xué)習(xí)理論、形式化方法中的強(qiáng)化學(xué)習(xí)以及多智能體強(qiáng)化學(xué)習(xí)等基礎(chǔ)上增設(shè)了多個新興的AI研究領(lǐng)域。其一有意識的圖靈機(jī)（Conscious Turing Machine，CTM），它是由 Manuel Blum，Lenore Blum 和 Avrim Blum 提出的一種從理論計算機(jī)角度研究意識產(chǎn)生的計算模型。

鄧?yán)蠋熃榻B稱， CTM基于圖靈機(jī)這一理論計算機(jī)中的經(jīng)典模型，對認(rèn)知神經(jīng)理論中的全局工作空間理論（Global Workspace Theory）進(jìn)行了盡可能簡單的實(shí)現(xiàn)與建模，是對“什么是意識？人類的意識如何產(chǎn)生？”等問題的積極探索。在本次會議中，部分北京大學(xué)圖靈班的學(xué)生將結(jié)合多方知識，介紹從理論到實(shí)踐的相關(guān)科研探索成果。

其二是接收論文投稿。今年IJTCS共有75個報告，其中包括了少量接收的投稿論文的報告。此外，他們今年也在嘗試將 FAW 與 IJTCS 聯(lián)合舉辦，并鼓勵來自 FAW 的原創(chuàng)論文在 IJTCS 上進(jìn)行報告。鄧?yán)蠋熛Ｍ趪鴥?nèi)也打造一個以中國科學(xué)家為主的國際計算理論會議。

去年IJTCS僅在線舉辦收獲了超10萬人次觀看，今年的IJTCS 2021吸引了更多研究領(lǐng)域和頂尖學(xué)者的參與。鄧?yán)蠋煴硎?，明年希望能夠進(jìn)一步聚集理論計算機(jī)領(lǐng)域的優(yōu)勢力量，推動國內(nèi)理論計算機(jī)事業(yè)的發(fā)展。

 

2

孫曉明：量子計算的潛能有多大？

中科院計算所研究員孫曉明擔(dān)任了本屆IJTCS會議的程序委員會主席和“量子計算”分論壇主席。量子計算是一門新興的交叉學(xué)科，其利用量子狀態(tài)的相干、糾纏等量子力學(xué)基本原理，展現(xiàn)出了潛在的超越經(jīng)典計算的能力。

孫曉明教授表示，IJTCS為學(xué)者們提供了相互交流與合作的平臺，通過這次活動希望能夠吸引更多計算機(jī)領(lǐng)域的年輕人和專家學(xué)者一起關(guān)注量子計算領(lǐng)域的發(fā)展，共同推動量子計算方向的交叉合作。

雖然熱度還遠(yuǎn)不及深度學(xué)習(xí)，但近幾年量子計算取得的一些突破性的成果，確實(shí)引起了大眾對于這項(xiàng)前沿研究工作的普遍關(guān)注。

關(guān)于量子計算的研究最早可以追溯到20世紀(jì)80年代，理查德·費(fèi)曼教授和尤里·馬寧教授發(fā)現(xiàn)，量子計算機(jī)有可能模擬經(jīng)典計算機(jī)無法模擬的東西。至今，這段時期所形成的量子計算機(jī)的基本理論仍占據(jù)主流。

國內(nèi)關(guān)于量子計算的研究可以追溯到上世紀(jì)90年代，孫曉明老師2000年左右加入到這一研究領(lǐng)域。具有量子糾纏、量子疊加特性的量子計算，是與經(jīng)典圖靈機(jī)完全不同的一種計算模型。孫曉明告訴AI科技評論，由于模型和計算方式的不同，如果從理論角度設(shè)計的算法，或許能更加有效地解決經(jīng)典計算機(jī)所不能解決的問題。

大整數(shù)質(zhì)分解因數(shù)的Shor算法，從隨機(jī)無序的數(shù)據(jù)庫中查找數(shù)據(jù)的Grover算法等已經(jīng)證實(shí)了量子計算模型在提升計算效率方面比經(jīng)典計算表現(xiàn)更好。“量子計算是未來計算發(fā)展的重要方向之一，值得我們投入更多的人員、資源和經(jīng)費(fèi)去開展更深入的研究。”

從國際競爭來看，中國在量子計算與西方國家相比仍存在一些差距，谷歌、IBM這些巨頭確實(shí)走在了前列。但他認(rèn)為，近幾年在政府的重視和支持下，越來越多的高校和科研機(jī)構(gòu)、科技企業(yè)投入到這個研究領(lǐng)域，國內(nèi)的量子計算已經(jīng)進(jìn)入了大爆發(fā)的初期階段。

以前我們預(yù)計要做到100個比特的量子計算，可能需要到2030年才能實(shí)現(xiàn)，但現(xiàn)在可能在今年或者明年就有很多機(jī)構(gòu)或者高校就可以做到100比特?！拔磥硭鼛Ыo我們的驚喜，可能像上世紀(jì)六十年代計算機(jī)的發(fā)展速度一樣會遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出我們的預(yù)期?！?/span>

那么從更大的范圍來講，我們距離實(shí)現(xiàn)真正的通用的量子計算還有多遠(yuǎn)？

“通用量子計算需要多個領(lǐng)域的科學(xué)理論和工程技術(shù)共同發(fā)揮效用，從這個角度來講，實(shí)現(xiàn)通用量子計算或許還需要一段非常漫長的時間”，孫曉明表示，現(xiàn)階段我們還只能在小型的模擬機(jī)或者量子比特數(shù)在幾十到一千左右的量子系統(tǒng)上開展一些研究，或許需要五年左右的時間，我們就可以提出更加實(shí)用的專用量子算法，實(shí)現(xiàn)在更大系統(tǒng)上的運(yùn)行。

但通用量子計算不會如此簡單，它會涉及很多問題，譬如糾錯容錯的問題、低溫電子學(xué)的問題、材料學(xué)的問題、量子的編程語言和軟件等，通用量子計算的應(yīng)用場景是什么，是否每一個方向上都需要使用量子計算，這些都需要更長時間的深入的研究。

3

圖靈班陳宏崟：理論基礎(chǔ)決定科研高度

陳宏崟是北京大學(xué)圖靈班畢業(yè)生，現(xiàn)在是北京大學(xué)圖靈博士培養(yǎng)計劃一年級在讀博士。北大圖靈班由圖靈獎得主約翰·霍普克羅夫特（John Hopcroft）在北大信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院主持開設(shè)，其目標(biāo)是培養(yǎng)國際化的計算機(jī)人才。2017年圖靈班面向北大全校招生，陳宏崟是首批入選的學(xué)生之一。

由于理論計算本身是一個小眾的研究領(lǐng)域，且門檻高、難度大。一直以來，國內(nèi)很少有本科生會參與理論計算的科研項(xiàng)目。陳宏崟介紹說，圖靈班的本科教育非常注重理論基礎(chǔ)的培養(yǎng)，大二大三的課程設(shè)置中也會涉及離散數(shù)學(xué)、機(jī)器學(xué)習(xí)理論、計算理論等知識。

在他看來，理論計算是一個很有趣且很有價值的研究方向，但前期理論基礎(chǔ)的建立至關(guān)重要，只有對很多問題形成深刻的直觀理解之后才能激發(fā)出更多創(chuàng)新的研究思路。

2020年與陳宏崟同屆的圖靈班學(xué)生吳克文獲得了STOC最佳論文獎，成為國內(nèi)首位獲此殊榮的青年學(xué)生。陳宏崟表示與頂級學(xué)者和優(yōu)秀的同學(xué)一起交流和合作，讓他收獲了很多。

陳宏崟主要研究區(qū)塊鏈技術(shù)，對算法博弈論感興趣，他認(rèn)為區(qū)塊鏈中節(jié)點(diǎn)行為的底層邏輯與博弈論在本質(zhì)上是相通的。

在他看來，區(qū)塊鏈就像早期的互聯(lián)網(wǎng)，雖然備受爭議，但極具發(fā)展?jié)摿?，在不久的未來我們會看到更多突破性的成果?/span>

在科研方面，陳宏崟深受鄧小鐵教授的影響，更看重一些有影響力的研究工作，而不是發(fā)表論文的數(shù)量，博士畢業(yè)后也會考慮在學(xué)術(shù)界繼續(xù)從事科研工作。

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