研究员Store在基金会第十一届华东奇术学研讨会上的发言:关于计算奇术学研究的报告
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那么首先还是要感谢大家能在百忙之中来参加我们的奇术学研讨会,也感谢这场研讨会的组织者,基金会特外十号站点奇术部的同仁,奇术研究小组的杨跃杨组长能够给我一个机会,来简短的分享些许关于计算奇术学的拙劣看法。

使用计算机来释放或控制奇术的尝试与研究已经持续了多年,不论是基金会还是我们的同行组织以及一些零零散散的个体研究者们都在这一方面做出了可喜的结果。经典奇术理论——或许在座各位也会将其称作机械奇术理论——完整的经典奇术理论体系的构建已经是上个世纪八十年代的话题了,而电子奇术计算机从1990前后就开始广泛应用于奇术界,直至今日。但始终,运用超级计算机模拟奇术进程以对其进行深入的研究,并提出可能的释放进程的基本途径的领域仍处于新兴阶段,精确的奇术进程的研究作为一门几乎被遗忘的学科,似乎被很多现代应用奇术师所忽视。

计算奇术学,是当下理论奇术学的一个重要的新兴分支,也是奇术学与计算机学、物理学、材料学与数学的交叉学科。在理论奇术学证明了EVE粒子依然符合我们所熟知的量子化方程的处理结果之后,量子奇术理论(Quantum Thaumatology Theory,QTT)从某些奇术研究者的一个猜想变为了现代奇术学重要的理论基础。按照目前的计算能力水平来说,对于真正能够有奇术效益的EVE粒子集合的类Schrödinger方程进行精确地求解几乎是不可能的。即使是对于最简单的Arad场中最简单的EVE粒子群的行为的精确计算都需要动用基金会在欧洲和云贵两个超算中心至少1300工时约合54个昼夜的不间断工作,对于更大更复杂的系统来说,计算量简直难以想象。

妥协于计算效率,眼下基金会的大部分计算奇术学团队更多地寻求EVE类Schrödinger方程的有效数学近似结果与较为简便的动力奇术学方法,借助实验所得经验数据,牺牲一定的精确度而用来解决更为广泛的理论奇术问题。从最早的振幅力场(Amplitude Force Field,AFF)到九十年代提出的EVE密度泛函理论(EVE Density Functional Theory,E-DFT)再到五六年前的奇术势能面(Thaumatology Potential Energy Surfaces,TPES),计算奇术学的理论与方法的家族正在不断壮大,欣欣向荣。

纵览25年来所发表的文献报告,计算奇术学已然在以下几大领域崭露头角:

1. 炼化学机理

以CH3NH3PtI3为代表的有机镶嵌钙钛矿材料由于其显著的EVE粒子捕获效率使其在奇术炼化学材料合成领域尤其是常温光照液相催化剂方向有着巨大的潜力。有机镶嵌型钙钛矿材料的高效光电转化效率主要来源于其材料本身的长载流子寿命与低激子束缚能等,而这些性质导致的有效的EVE粒子/空穴分离和载流子迁移也是作为光催化材料的必要条件。Pockmanf异构化反应1983年由Alexylva大学的D.Pockmanf教授在研究钯催化剂时第一次观测到,非奇术活化氢与奇术活化氢之间的转化从此作为研发新型奇术氢储能材料的可能途径之一,成为了太阳能转化奇术电池研究的前线。但是CH3NH3PtI3作为光催化剂的反应机理并不清楚,其是否同时作为反应物参与到奇术化异构反应之中尚未明确。

Area-CN-07-β的王瑛教授、李勇副教授与Site-98的William G. Bernard教授合作,首次揭示了有机镶嵌型钙钛矿CH3NH3PtI3表面光催化产奇术氢的反应机理,提出CH3NH3PtI3材料在阿尔卑斯山脉冰川融水中富EVE氢活化催化反应中不仅仅作为可见光吸收材料,而且还作为反应物参与了Pockmanf异构化反应。该催化机理同样也适用于其他有机无机钙钛矿材料,开启了其作为光催化剂的潜在应用。该研究的相关成果于2007年7月发表在《统合奇术期刊》杂志上,并被杂志选为当期的封面文章。文章的第一作者为Area-CN-07-β的王瑛教授,同时为通讯作者,通讯作者还包括Area-CN-07-β 李勇副教授和Site-98 William G. Bernard教授。

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图1. 吸附于Pt层表面的CH3NH3+,示活化中的H2O分子

2. 奇术进程的模拟与优化

使用高能奇术进程来对建筑结构、生命体乃至现实本身进行快速破坏的历史或许可以一路追溯到中原的春秋战国时期,而近代奇术引擎的出现更推动着科学化的奇术爆破理论的发展。奇术爆破进程的持续时长大多在皮秒级别,使用普通的实验观测法很难对其进行准确的定位与分析。Site-98的Pivkin教授在九十年代初所提出的通过对爆破进程进行荧光填充与高速摄像的方法对个别进程的研究取得了阶段性的成果,但由于技术精度限制,依然忽略了大量重要的细节。

2009年时Site-CN-91的邱松民课题组应用从头算(Ab initio)方法处理了包含有两个源的不等位共轭爆破进程,在0.1飞秒的量级上完整模拟了封闭环境下2纳秒内的形态辐射场变化的动态过程,复现了多年来积累的奇术爆破理论反应机理,还发现了数百个反应中间路径;对先前的TPES理论模型进行了修正,使其在不降低计算效率的情况下更好地吻合我们在现实中施放爆破进程时宏观观测的结果;针对先行标准回火修正结构提出了可能的阵型优化办法。该方法的进一步发展还有望为奇术爆炸后现场救灾处理中原进程逆向破译与还原提供新的思路。这篇报告发表在2010年1月的《统合奇术期刊》上,文章的第一作者为Site-CN-91研究生倪平,通讯作者为91站邱松民教授与21站D. Store副研究员。

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图2. 0.229纳秒时不等位共轭爆破进程中Arad场的模拟扫描结果

3. 新奇术法阵的构建

现如今人工智能的迅速发展大家都有目共睹,基金会也在不断探索可控人工智能的发展前途,奇术领域亦不例外。在奇术法阵学的工作中,最困难也最富挑战意义的莫过于新的法阵结构的提出与实践。尤其是效应复杂、要求大量辅助结构的法阵,设计合理的绘图与实现的方法,更是要求奇术师丰富的知识与经验以及无穷无尽的创造力缺一不可,甚至往往还需要一些些难得的运气。自古至今都不乏奇术法阵学大牛争相摘取这一皇冠上的明珠。而如今,人工智能也进军了这一通常被认为是由人类头脑垄断的学科。

前不久,Site-64的Bartosz A. Mlynarski、Mrksich Karol等研究者对奇术法阵软件“Thaumatica”进行了改进,使其可以设计出含辅助结构的复杂平面法阵的构建路线。该程序设计的路线与人工设计的路线几乎没有差别,并且在试验场中成功地验证了该程序设计的三种平面法阵的构建,展现了可控人工智能的强大的创造力。在测试法阵A2中Thaumatica在回冲补正结构上的表现甚至略微优于先前人工团队得到的结果。相关成果发表在2010年10月的《统合奇术期刊》上。但是在座的各位也不必慌张离职,作者承认Thaumatica在大部分奇术法阵学问题包括所有的三维法阵问题上的表现并不总是“高人一等”,在算力划时代突破之前,人工智能法阵大师替代人类的可能性依然极低。目前国内Area-CN-07-β也有团队在进行立体法阵的人工智能构建的研究,感兴趣的朋友可以向他们了解一下。

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图3. Thaumatica在测试法阵A2中绘制的引导结构的部分图像

计算奇术学的大量研究成果使我们逐渐认识到,理论奇术学与计算奇术学的方法不仅可以用来解释实验与应用中产生的现象与结果,更为我们提供了一种发现新的奇术进程,构建更高效的奇术图像的强有力的工具。奇术的环境EVE涡流效应,特殊极端环境下的奇术施放,微观或极短时间内的奇术进程与机理,这些过去的研究难题都可以被作为计算奇术学的研究对象,同时规避了有可能引发的伦理道德问题。低成本、低耗费、设备要求低,计算奇术学的优势同样符合现代奇术研究者不断重视的,对于奇术与奇术工业“绿色、安全、可持续发展”的期许。现代的奇术研究者不必再像他们的前辈那样冒着生命危险去试验某个奇术路径的可行性,如果在最普通的服务器阵列上花费三四天就可以解决问题,又何必和糟糕的打印机墨水纠缠不清呢。

奇术学目前仍然是一门以操作与实践为根基的研究学科,由计算奇术的方法所得到的研究成果与提出的机理依然有必要经由实践的检验以指导我们的后续的工作。整个奇术学正经历一场革命性的变化,这一变化的标志便是对于计算奇术学的重新认识。计算奇术学不仅能独立地促进奇术学的发展,与咒文学、法阵学、炼化学中传统研究方法的结合,更起到了事半功倍的作用。计算科学的价值不仅仅局限于奇术学,在实际上手之前应用超级计算机进行模拟在更广泛的异常研究领域都将会成为不可逆转的趋势。

目前我在基金会的工作邮箱是dstore_exc@foundation.com,主攻方向是计算数据处理与跨部门协作,欢迎各位随时联系。谢谢大家!

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