對話鄧小鐵：我們為什麼需要計算理論？需要IJTCS？

2021 年 8 月 17 日
AI

作者 | 琰琰

8月16日，第二屆國際理論電腦聯合大會（International Joint Conference on Theoretical Computer Science，IJTCS）採用線上線下結合的形式在北京大學正式開幕。IJTCS 2021由北京大學與中國工業與應用數學學會、中國電腦學會、國際電腦學會中國委員會聯合主辦，北京大學前沿計算研究中心承辦。

開幕式上，北京大學前沿計算研究中心講習教授、IJTCS 2021聯合主席鄧小鐵在致辭中表示，期望 IJTCS能夠成為中國理論電腦學術會議品牌，為中國理論電腦領域的專家學者和廣大同學們提供高水平的交流和學習的平台，推動中國科學家在理論電腦領域朝著國際一流的方向不斷成長。

大會程式委員會主席、中國電腦學會理論電腦科學專業委員會主任、中國科學院計算技術研究所孫曉明研究員表示，中國電腦學會以及理論電腦專委會將一如既往地支援 IJTCS 的發展，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，產生新的理論成果。

第二屆 IJTCS 將延續大會一貫宗旨，聚焦理論電腦領域的最新發展，對該領域分支中備受關注的演算法博弈論、區塊鏈、多智體強化學習、機器學習理論、機器學習形式化理論和量子計算等深具潛力的關鍵問題進行深入的研究與探討。

同時，大會組織工業論壇、女性論壇、本科生論壇、青年博士論壇，以及北京大學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術盛宴，並以此推動中國理論電腦方向的成長。

開幕式結束後，AI科技評論有幸採訪了北京大學前沿計算研究中心講習教授鄧小鐵、中國科學院計算技術研究所孫曉明研究員以及圖靈班學生陳宏崟。

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鄧小鐵：IJTCS 2021的創新與傳承

「電腦理論研究仍是一個少數人感興趣的小眾項目」，鄧老師告訴AI科技評論，電腦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髮式的突破也可以相輔相成。近年來，例如大數據計算的革命推動理論發展、也依賴理論的發展。

在鄧老師看來，理論研究是一門必修課，需要提早打好基礎。「無論是在人才教育層面，還是產業應用層面，有需要的時候，要有相應的成果可以直接拿來用。」

至於舉辦IJTCS的意圖，以及理論研究在電腦領域的重要作用，鄧老師分享了兩個觀點。他說，其實我們在某些細分領域，已經取得了非常不錯的成果，如果將理論研究與現有優勢結合，有望能夠實現更多國際一流的研究工作。此外，諸如區塊鏈等新興研究方向，如果從一開始就做到理論與實踐並行發展，會更有助於研究工作的推進。

理論探索與產業研究不是兩個完全獨立的體系，如鄧老師所說，理論研究的一個突出的特點就是，它能夠為創新性的應用提供靈感和啟發。就像從理論誕生而來的電腦一樣。今年的IJTCS會議開設了兩個工業論壇，一個是互聯網，一個是區塊鏈。鄧老師表示，我們希望學術界與工業界之間開展一個對話，雙方了解需求和研究進展，以起到相互促進和啟發的作用。

同時他也強調，技術和理論都需要創新，如果只是照搬國外成熟的解決方案，只會失去獨立自主的引導力。希望我們在理論方面的貢獻，能為中國電腦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，每個論壇都有該領域的頂尖學者擔任程式委員會主席或者發表主旨演講。鄧老師表示，我們認為，理論研究工作不能靠自然生長，而是需要有學者去意識地、有計劃地去推動。

相比於去年，今年大會在機器學習理論、形式化方法中的強化學習以及多智慧體強化學習等基礎上增設了多個新興的AI研究領域。其一有意識的圖靈機（Conscious Turing Machine，CTM），它是由 Manuel Blum，Lenore Blum 和 Avrim Blum 提出的一種從理論電腦角度研究意識產生的計算模型。

鄧老師介紹稱， CTM基於圖靈機這一理論電腦中的經典模型，對認知神經理論中的全局工作空間理論（Global Workspace Theory）進行了儘可能簡單的實現與建模，是對「什麼是意識？人類的意識如何產生？」等問題的積極探索。在本次會議中，部分北京大學圖靈班的學生將結合多方知識，介紹從理論到實踐的相關科研探索成果。

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 聯合舉辦，並鼓勵來自 FAW 的原創論文在 IJTCS 上進行報告。鄧老師希望在中國也打造一個以中國科學家為主的國際計算理論會議。

去年IJTCS僅在線舉辦收穫了超10萬人次觀看，今年的IJTCS 2021吸引了更多研究領域和頂尖學者的參與。鄧老師表示，明年希望能夠進一步聚集理論電腦領域的優勢力量，推動中國理論電腦事業的發展。

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任了本屆IJTCS會議的程式委員會主席和「量子計算」分論壇主席。量子計算是一門新興的交叉學科，其利用量子狀態的相干、糾纏等量子力學基本原理，展現出了潛在的超越經典計算的能力。

孫曉明教授表示，IJTCS為學者們提供了相互交流與合作的平台，通過這次活動希望能夠吸引更多電腦領域的年輕人和專家學者一起關注量子計算領域的發展，共同推動量子計算方向的交叉合作。

雖然熱度還遠不及深度學習，但近幾年量子計算取得的一些突破性的成果，確實引起了大眾對於這項前沿研究工作的普遍關注。

關於量子計算的研究最早可以追溯到20世紀80年代，理查德·費曼教授和尤里·馬寧教授發現，量子電腦有可能模擬經典電腦無法模擬的東西。至今，這段時期所形成的量子電腦的基本理論仍佔據主流。

中國關於量子計算的研究可以追溯到上世紀90年代，孫曉明老師2000年左右加入到這一研究領域。具有量子糾纏、量子疊加特性的量子計算，是與經典圖靈機完全不同的一種計算模型。孫曉明告訴AI科技評論，由於模型和計算方式的不同，如果從理論角度設計的演算法，或許能更加有效地解決經典電腦所不能解決的問題。

大整數質分解因數的Shor演算法，從隨機無序的資料庫中查找數據的Grover演算法等已經證實了量子計算模型在提升計算效率方面比經典計算表現更好。「量子計算是未來計算髮展的重要方向之一，值得我們投入更多的人員、資源和經費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，Google、IBM這些巨頭確實走在了前列。但他認為，近幾年在政府的重視和支援下，越來越多的高校和科研機構、科技企業投入到這個研究領域，中國的量子計算已經進入了大爆發的初期階段。

以前我們預計要做到100個比特的量子計算，可能需要到2030年才能實現，但現在可能在今年或者明年就有很多機構或者高校就可以做到100比特。「未來它帶給我們的驚喜，可能像上世紀六十年代電腦的發展速度一樣會遠遠超出我們的預期。」

那麼從更大的範圍來講，我們距離實現真正的通用的量子計算還有多遠？

「通用量子計算需要多個領域的科學理論和工程技術共同發揮效用，從這個角度來講，實現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，現階段我們還只能在小型的模擬機或者量子比特數在幾十到一千左右的量子系統上開展一些研究，或許需要五年左右的時間，我們就可以提出更加實用的專用量子演算法，實現在更大系統上的運行。

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、低溫電子學的問題、材料學的問題、量子的程式語言和軟體等，通用量子計算的應用場景是什麼，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。

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圖靈班陳宏崟：理論基礎決定科研高度

陳宏崟是北京大學圖靈班畢業生，現在是北京大學圖靈博士培養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）在北大資訊科學技術學院主持開設，其目標是培養國際化的電腦人才。2017年圖靈班面向北大全校招生，陳宏崟是首批入選的學生之一。

由於理論計算本身是一個小眾的研究領域，且門檻高、難度大。一直以來，中國很少有本科生會參與理論計算的科研項目。陳宏崟介紹說，圖靈班的本科教育非常注重理論基礎的培養，大二大三的課程設置中也會涉及離散數學、機器學習理論、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，但前期理論基礎的建立至關重要，只有對很多問題形成深刻的直觀理解之後才能激發出更多創新的研究思路。

2020年與陳宏崟同屆的圖靈班學生吳克文獲得了STOC最佳論文獎，成為中國首位獲此殊榮的青年學生。陳宏崟表示與頂級學者和優秀的同學一起交流和合作，讓他收穫了很多。

陳宏崟主要研究區塊鏈技術，對演算法博弈論感興趣，他認為區塊鏈中節點行為的底層邏輯與博弈論在本質上是相通的。

在他看來，區塊鏈就像早期的互聯網，雖然備受爭議，但極具發展潛力，在不久的未來我們會看到更多突破性的成果。

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，而不是發表論文的數量，博士畢業後也會考慮在學術界繼續從事科研工作。

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