我的科學觀｜武慶慶：熱愛科研的人需要不被“打斷”的環境

從科研工作者到副教授，青年科學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”的研究環境。只有在完全沉浸其中時，才能進入“心流”狀態，孕育出真正有價值的、創新的科研想法。

武慶慶，思源青年學者，國家海外優青，科睿唯安全球高被引科學家，獲上海市自然科學一等獎、中國通信學會青年科學獎、IEEE通信學會最杰出青年學者等，目前主要研究領域包括6G智能超表面通信、低空智聯網、通信-感知-定位-計算一體化等。

2012年從廣東華南理工大學信息工程專業畢業后，武慶慶直博到上海交通大學，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。2016年，博士提前畢業后，加入新加坡國立大學擔任博士后研究員，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集成電路學院擔任長軌副教授。

以下是他的講述：

【1】

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

現在來面試的研究生感覺和我們當年科研狀態不同，在從事學術研究這件事上，常常看不出他們很強的學術“野心”。我覺得有學術野心這點非常重要，在漫長的學術研究生涯中，會充滿非常多的挫折和失敗，很多學生現在對做科研這件事，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。比如數學家張益唐到了58歲，才在數學領域才有一定成果。

我剛走上科研這條路時，面臨挺多的困難從華南理工大學直博到上海交通大學時，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術生涯非常重要。

我現在招收學生，非常看重他們是否具備主動性、好奇心和韌性。現在大多數學生，是通過應試教育篩選出來的，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秀、極致的創新，就需要多一份熱愛和好奇心，再加上持續不懈的努力。

【2】 

現在很多人聊AI，但其實在我當時學習信息工程專業研究“綠色通信”這一方向時，在無線通信領域，火爆程度不亞于現在的AI。

“綠色通信”用我博士學位論文四個字概括即開源節流，盡量實現高能效、低功耗。從4G發展到5G，再到現在的6G時代，能耗和成本已經成為整個通信產業界的痛點問題。

如果說1G到4G的發展，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，除了繼續提升超高清視頻通信能力之外，更重要的是服務于千行百業。

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

我和我當時新加坡國立大學的導師張瑞院士曾調研過，5G時代基站需要的個數是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，能很好地緩解這一問題。

智能反射面本身并不產生信號，也不接收信號，所以不需要很復雜的、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絡空間中，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。這個技術的初衷，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。它不是一個發送者，而是中間鏈路的重構者或者賦能者。

要想把這項技術運用到實際通信系統中，要做好前期充分的理論驗證。我們發現隨著面板尺寸的擴大，單元個數的增多，接收端的功率增益會隨之以單元數的平方階數增大。但在無線通信發展的過程中，據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，二是應該如何對這一技術進行命名。最終，做了充足的仿真試驗和嚴謹的理論推導后，我們發表了論文，引起了非常大的反響。2篇早期的IRS的論文榮獲2023年IEEE通信學會Fred W. Ellersick Prize以及2022年IEEE通信學會亞太杰出論文獎，兩篇論文谷歌學術引用都達到4000多次，后者排在無線通信領域頂刊IEEE TWC 創刊20余年以來的被引次數歷史第三位。

很巧的是，當年發表在無線通信領域頂刊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——超大規模MIMO的初步構想。十年后，我們提出了面向6G的潛在關鍵性技術。

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

國內高校還牽頭成立了面向全球學術界和產業界的智能超表面技術聯盟（RISTA），中國的企業、高校和科研工作者在其中發揮了主導性作用。

不過現有技術還在進一步的研究當中。之前的研究大多在實驗室場景中，而在大規模的室外場景中，信道環境會更加復雜。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。作為網絡中一個新設備，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師張瑞院士提出的智能反射面技術應用到下一代的移動通信系統中，寫進6G的標準里。現在回想起來，技術的發展在很多時候會超出你的預期。在2030年之前，我們有很大機會能看到這項技術局部落地投入商用。

 【3】

我認為所謂的“顛覆性”創新，追求的是純粹的創新，是從0到1的突破，甚至具備跨學科視角。

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

往往跨領域、跨學科比較容易催生出顛覆性創新技術，因為在傳統賽道上，很容易想到一些技術的拓展和延伸，很多時候顛覆性創新，需要一些天馬行空的突發奇想。

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、思考如何解決技術痛點，在這個過程中往往可能出現某些顛覆式創新想法。

如果每天想著“我一定要做出顛覆性技術”，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，持續嘗試不同的可能。而且，科研需要給自己創造一個相對放松的環境和心態，不能總是時刻緊繃著。

科研不像流水線生產，不是機械重復操作就能保證成果產出。只有在自由探索、放松的環境中，才更容易孕育出高質量，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，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，我曾經嘗試過很多運動。比如游泳、乒乓球、羽毛球等。

但最后發現，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，才會有足夠的執行力開始鍛煉、運動。

我在本科階段，曾經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的調研，經過系統的調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境里，只有這樣才能深度思考。如果不停被各種瑣碎的事務打斷，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。

自從我擔任教職以后，我的時間逐漸變得碎片化，對接學生、開會等這類事務把我的時間切割得非常零散，這對科研創新其實很不利。現在我會刻意留時間給自己閉關思考。

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

他是數學家，卻有很強的文學功底，還能作詩，我很好奇他是如何兼顧科學的理性和文學的美感，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。這本質的原因可能跟自我管理有關，如果你能把所學的知識成果落地轉化到應用起來，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。