我的科學(xué)觀｜武慶慶：熱愛科研的人需要不被“打斷”的環(huán)境

從科研工作者到副教授，青年科學(xué)家武慶慶最直接的體會是：熱愛科研的人需要一個不被“打斷”的研究環(huán)境。只有在完全沉浸其中時，才能進入“心流”狀態(tài)，孕育出真正有價值的、創(chuàng)新的科研想法。

武慶慶，思源青年學(xué)者，國家海外優(yōu)青，科睿唯安全球高被引科學(xué)家，獲上海市自然科學(xué)一等獎、中國通信學(xué)會青年科學(xué)獎、IEEE通信學(xué)會最杰出青年學(xué)者等，目前主要研究領(lǐng)域包括6G智能超表面通信、低空智聯(lián)網(wǎng)、通信-感知-定位-計算一體化等。

2012年從廣東華南理工大學(xué)信息工程專業(yè)畢業(yè)后，武慶慶直博到上海交通大學(xué)，期間專注于“綠色通信”研究，為后期在低功耗低成本智能反射面（IRS）通信的突破性工作奠定了基礎(chǔ)。2016年，博士提前畢業(yè)后，加入新加坡國立大學(xué)擔(dān)任博士后研究員，與新加坡工程院張瑞院士合作開展研究。2022年，武慶慶回到上海交通大學(xué)集成電路學(xué)院擔(dān)任長軌副教授。

以下是他的講述：

【1】

2022年我開始擔(dān)任上交大長軌副教授至今三年以來，除了科研工作外，還要承擔(dān)學(xué)生事務(wù)等日常工作。這些天，我正在忙著招聘我的研究生團隊。

現(xiàn)在來面試的研究生感覺和我們當年科研狀態(tài)不同，在從事學(xué)術(shù)研究這件事上，常?？床怀鏊麄兒軓姷膶W(xué)術(shù)“野心”。我覺得有學(xué)術(shù)野心這點非常重要，在漫長的學(xué)術(shù)研究生涯中，會充滿非常多的挫折和失敗，很多學(xué)生現(xiàn)在對做科研這件事，選擇并不堅定，只是想嘗試，總想著自己還有很多后路可以選擇。

但科學(xué)研究剛開始時的進展都非常緩慢，只有到最后才有可能迎來一次爆發(fā)。比如數(shù)學(xué)家張益唐到了58歲，才在數(shù)學(xué)領(lǐng)域才有一定成果。

我剛走上科研這條路時，面臨挺多的困難從華南理工大學(xué)直博到上海交通大學(xué)時，我遇到了陳文教授，他對我的教育一直是鼓勵式的，每當我提出新的想法時，他總會積極鼓勵我。后來我逐漸意識到，這種鼓勵式教育對我整個學(xué)術(shù)生涯非常重要。

我現(xiàn)在招收學(xué)生，非常看重他們是否具備主動性、好奇心和韌性?，F(xiàn)在大多數(shù)學(xué)生，是通過應(yīng)試教育篩選出來的，能把一件事做得整體還不錯，但如果要真的把一件事做到極致的優(yōu)秀、極致的創(chuàng)新，就需要多一份熱愛和好奇心，再加上持續(xù)不懈的努力。

【2】 

現(xiàn)在很多人聊AI，但其實在我當時學(xué)習(xí)信息工程專業(yè)研究“綠色通信”這一方向時，在無線通信領(lǐng)域，火爆程度不亞于現(xiàn)在的AI。

“綠色通信”用我博士學(xué)位論文四個字概括即開源節(jié)流，盡量實現(xiàn)高能效、低功耗。從4G發(fā)展到5G，再到現(xiàn)在的6G時代，能耗和成本已經(jīng)成為整個通信產(chǎn)業(yè)界的痛點問題。

如果說1G到4G的發(fā)展，主要滿足人與人之間的溝通交流，比如語音、視頻通話等。那么5G時代，除了繼續(xù)提升超高清視頻通信能力之外，更重要的是服務(wù)于千行百業(yè)。

而6G與5G不同之一是端到端的延遲會降低到毫秒以下。比如在大型的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、大飛機制造等工業(yè)的場景中，需要無人化的協(xié)同，在同步的過程可能毫秒級的時延就會產(chǎn)生很大的偏差，對未來造成一定的風(fēng)險，這個時候就需要極低的延遲。

我和我當時新加坡國立大學(xué)的導(dǎo)師張瑞院士曾調(diào)研過，5G時代基站需要的個數(shù)是4G時代的三倍左右。單個基站的價格，也是4G時代的三到四倍。 通信頻率越高，每個基站的覆蓋范圍會變小。因此，如果采用傳統(tǒng)的建站方式，6G需要更高的建站密度，對運營商來說，成本和能耗更加無法接受。

智能反射面（IRS）賦能通信技術(shù)，能很好地緩解這一問題。

智能反射面本身并不產(chǎn)生信號，也不接收信號，所以不需要很復(fù)雜的、高成本高能耗的射頻鏈路，能有效降低成本和能耗。

同時，智能反射面可以部署到網(wǎng)絡(luò)空間中，比如天花板、墻壁、大樓表面，甚至大型廣告牌。整個空間中并不缺乏電磁信號，只是缺乏對電磁波信號的有效引導(dǎo)。這個技術(shù)的初衷，是希望能夠在信號傳播過程中通過反射操縱電磁波往哪個方向走。它不是一個發(fā)送者，而是中間鏈路的重構(gòu)者或者賦能者。

要想把這項技術(shù)運用到實際通信系統(tǒng)中，要做好前期充分的理論驗證。我們發(fā)現(xiàn)隨著面板尺寸的擴大，單元個數(shù)的增多，接收端的功率增益會隨之以單元數(shù)的平方階數(shù)增大。但在無線通信發(fā)展的過程中，據(jù)我所知教科書中并沒有提到有過二階的增益，最開始我們有點不太相信，后來意識到這可能會是一個新的突破。也正是因為這個原因，我們對論文的發(fā)表變得非常謹慎。

我還記得一個下午，我和張瑞老師討論了兩件事，一是如何將這個方向往前進一步推進，二是應(yīng)該如何對這一技術(shù)進行命名。最終，做了充足的仿真試驗和嚴謹?shù)睦碚撏茖?dǎo)后，我們發(fā)表了論文，引起了非常大的反響。2篇早期的IRS的論文榮獲2023年IEEE通信學(xué)會Fred W. Ellersick Prize以及2022年IEEE通信學(xué)會亞太杰出論文獎，兩篇論文谷歌學(xué)術(shù)引用都達到4000多次，后者排在無線通信領(lǐng)域頂刊IEEE TWC 創(chuàng)刊20余年以來的被引次數(shù)歷史第三位。

很巧的是，當年發(fā)表在無線通信領(lǐng)域頂刊IEEE TWC排名歷史第二的論文來自美國工程院院士托馬斯·L·馬爾澤塔（Thomas L. Marzetta），他在2009年提出了5G核心技術(shù)——超大規(guī)模MIMO的初步構(gòu)想。十年后，我們提出了面向6G的潛在關(guān)鍵性技術(shù)。

從4G到5G時代，中國的聲量不斷增大，從跟跑到現(xiàn)在核心專利方面做到全球領(lǐng)先。6G時代，我們一代一代的科研工作者希望能把通信技術(shù)繼續(xù)往前推進。

國內(nèi)高校還牽頭成立了面向全球?qū)W術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的智能超表面技術(shù)聯(lián)盟（RISTA），中國的企業(yè)、高校和科研工作者在其中發(fā)揮了主導(dǎo)性作用。

不過現(xiàn)有技術(shù)還在進一步的研究當中。之前的研究大多在實驗室場景中，而在大規(guī)模的室外場景中，信道環(huán)境會更加復(fù)雜。智能反射面需要知道用戶在什么地方，以及用戶移動時怎樣追蹤。作為網(wǎng)絡(luò)中一個新設(shè)備，又需要跟基站進行同步或者非同步的操作。所以這項技術(shù)的商用還需要進一步地標準化研究。

2019年在一次采訪中我曾提到，我的目標是能把我和我的導(dǎo)師張瑞院士提出的智能反射面技術(shù)應(yīng)用到下一代的移動通信系統(tǒng)中，寫進6G的標準里。現(xiàn)在回想起來，技術(shù)的發(fā)展在很多時候會超出你的預(yù)期。在2030年之前，我們有很大機會能看到這項技術(shù)局部落地投入商用。

 【3】

我認為所謂的“顛覆性”創(chuàng)新，追求的是純粹的創(chuàng)新，是從0到1的突破，甚至具備跨學(xué)科視角。

比如我現(xiàn)在研究的，以智能超材料為核心的電磁調(diào)控或以智能超表面為核心的傳輸技術(shù)，是一個跨學(xué)科方向。不僅需要通信領(lǐng)域的知識，還涉及電磁材料學(xué)，也融合了AI的元素。我們希望未來的智能反射面設(shè)備能夠部署到環(huán)境中，能自主調(diào)節(jié)，而不是依賴人為干預(yù)，這其中人工智能將發(fā)揮重要作用。

往往跨領(lǐng)域、跨學(xué)科比較容易催生出顛覆性創(chuàng)新技術(shù)，因為在傳統(tǒng)賽道上，很容易想到一些技術(shù)的拓展和延伸，很多時候顛覆性創(chuàng)新，需要一些天馬行空的突發(fā)奇想。

科研初期階段，很多時候其實并沒有意識到當時的想法會具備顛覆性，更多的時候，只有純粹地去研究這項技術(shù)、思考如何解決技術(shù)痛點，在這個過程中往往可能出現(xiàn)某些顛覆式創(chuàng)新想法。

如果每天想著“我一定要做出顛覆性技術(shù)”，反而會給自己帶來壓力。所以很多時候，我在做科研時更重要的是保持好奇心和堅持不懈地探索，持續(xù)嘗試不同的可能。而且，科研需要給自己創(chuàng)造一個相對放松的環(huán)境和心態(tài)，不能總是時刻緊繃著。

科研不像流水線生產(chǎn)，不是機械重復(fù)操作就能保證成果產(chǎn)出。只有在自由探索、放松的環(huán)境中，才更容易孕育出高質(zhì)量，甚至具備顛覆性的成果。

比如，很多天馬行空的想法，需要你處于很放松的狀態(tài)，甚至帶有一些無知、無欲、無求的過程。

【4】

為了讓自己在科研時有一個放松的狀態(tài)，我曾經(jīng)嘗試過很多運動。比如游泳、乒乓球、羽毛球等。

但最后發(fā)現(xiàn)，從本科到博士、再到助理教授，后期我定居上海，只有跑步是門檻最低、能陪伴我最久的運動方式。

當然，科研工作者有時也會存在惰性。我想很多人沒能堅持出門運動，可能跟他們對運動能給人帶來的好處認識深度不夠。只有你認識得足夠深刻，才會有足夠的執(zhí)行力開始鍛煉、運動。

我在本科階段，曾經(jīng)是一個不愛跑步的人。但后期慢慢地意識到運動對科研工作者的重要性。為了讓自己下定決心開始運動，前期我做了很多科學(xué)的調(diào)研，經(jīng)過系統(tǒng)的調(diào)研我對運動有了新的認知，運動是最好的“藥物”之一。這種認知不僅是“知道運動有好處”，而是理解“為什么要做、不做會帶來什么后果”。

我還有一點很深的感觸，科研工作需要集中注意力高效率完成，這需要讓自己處于一個不被打斷的環(huán)境里，只有這樣才能深度思考。如果不停被各種瑣碎的事務(wù)打斷，再重新開始，很難有很好的效果。

在博士和博士后期間，我做科研時，我會常常把手機調(diào)至飛行模式，保證科研能夠全身心投入，讓自己進入一種高度沉浸的“心流”狀態(tài)。

自從我擔(dān)任教職以后，我的時間逐漸變得碎片化，對接學(xué)生、開會等這類事務(wù)把我的時間切割得非常零散，這對科研創(chuàng)新其實很不利?，F(xiàn)在我會刻意留時間給自己閉關(guān)思考。

我喜歡看人物傳記，近期在看的書是菲爾茲獎獲得者、清華大學(xué)數(shù)學(xué)家丘成桐寫的自傳《我的幾何人生：從貧窮少年到數(shù)學(xué)皇帝》。幾何人生，人生幾何。他成長于上一代非常艱苦的環(huán)境中，但是在全球數(shù)學(xué)領(lǐng)域里產(chǎn)生了非常深遠的影響。

他是數(shù)學(xué)家，卻有很強的文學(xué)功底，還能作詩，我很好奇他是如何兼顧科學(xué)的理性和文學(xué)的美感，這點讓我感觸頗深。

常有人說，可能懂得很多道理，但依然過不好這一生。這本質(zhì)的原因可能跟自我管理有關(guān)，如果你能把所學(xué)的知識成果落地轉(zhuǎn)化到應(yīng)用起來，這其實需要長遠的過程，這點跟我們科研工作者挺相似的，科研工作本身就是從不知道到知道，最終解決問題到落地。