师说 | 周凯教授:热爱物理的探索者
“师者,所以传道受业解惑也”,理工学院特推出“师说”系列专访,对学院教授进行访谈,请他们分享自己的成长奋斗历程及对专业领域的见解,表达他们对教学的热爱,激励理工学子找到自己热爱的事业、实现自己的理想。本期师说邀请到周凯教授来畅谈他的成长历程和对物理学专业的理解与看法。
教授简介

周凯教授于2009年在西安交通大学物理系获得理学学士学位,2014年在清华大学物理系获得博士学位。此后,他于2014至2017年在德国法兰克福歌德大学理论物理研究所(ITP)担任博士后研究员。自2017年7月起,他在法兰克福高等研究院(FIAS)担任研究员(W1教授级别)及团队负责人,领导“Deepthinkers”小组进行AI for Science研究项目,特别是在现代计算范式下的高能核物理研究,包括应用机器和深度学习,并指导硕士/博士学生和博士后在人工智能科学方面的研究。2022年,他在FIAS晋升为高级研究员(W2教授级别)。自2023年底,他加入香港中文大学(深圳)理工学院担任助理教授。
周教授在AI for Science领域拥有广泛的兴趣,包括高能核物理、统计物理、能源、应用导向以及其他多元化领域。他致力于推动融合物理学研究与现代计算范式如人工智能,特别是机器学习,以提供新的途径和洞察力来探索物理世界,同时也以物理学知识为灵感,以塑造计算技术的进一步发展。
他已发表50多篇同行评审期刊论文和众多会议论文,并曾受邀在多个国际会议作大会报告,如SQM, Initial Stages,国际核物理大会,机器学习格点场论等。他也受邀为多家期刊审稿,包括:PRL、PRD、PRC、PRE、Nature Communications、Astrophysical Journal-AAS、JCAP、NST、CPC、Frontier of Physics、EPJA、Particles、Measurements、Sustainability、NeurIPS、PLOS ONE等。目前担任《现代物理通讯A》和《国际现代物理A》期刊的副主编。
求学之旅:从乡村见闻到国际视野
周凯教授的科研之路始于对物理学的无限热爱。在乡村长大的他阅读过爱因斯坦等科学家的传记故事,对物理产生了浓厚的兴趣。正是这份兴趣驱使着他在小学阶段就自己摸索物理知识,为日后从事物理学研究埋下了种子。周教授强调,兴趣是最好的老师,正是兴趣引导着他不断深入探索物理的世界,并乐在其中。
在从乡村走到国际舞台的过程中,周教授的学术探索受到了多位良师的影响。例如,他的中学物理老师不遗余力地为他提供学习上的帮助;博士导师庄鹏飞教授的支持和指导,让他可以自由探索科研方向;之后,在海外遇到的伯乐不仅在科研方面给予他宝贵的指导,还启发和鼓励他认识到自己可以成为一名优秀的科研团队带头人。回顾周教授的求学经历不难发现,良师的指导和鼓励、对物理的热爱以及对科研探索本身的乐趣,都成为了他坚定走上科研道路的助力。

周凯教授博士毕业时与导师及师兄弟合影

周教授在奥地利

周教授在西安爬华山

周教授读博期间在武汉开会
周教授在德国工作期间到海德堡
AI for Science:物理与人工智能的交汇
周凯教授的主要研究领域为高能核物理,即研究核物质在极端条件下的行为,这对于理解宇宙的起源和物质结构都具有重要意义。周教授的研究方向还包括将人工智能技术应用于物理学,研究者需要掌握深度学习,来探索物质最基本的运动规律。他之前探索了一种将神经网络与物理模型相结合的创新方法,并通过自动微分技术或其他手段进行物理的反向推断。这一新颖的思路在初始阶段便在几个研究项目中取得了成功应用,如重离子碰撞中相变识别,中子星状态方程重建等。但随着研究的深入,当试图直接将这种方法应用于格点场论中谱函数的抽取问题时,周教授团队遭遇了挑战:在更感兴趣的物理情形下计算总是不成功。面对困境,本着对问题本身想要搞清楚的信念,周教授并未轻言放弃,而是亲自又从头进行了计算工作,最后发现问题并非框架本身,而是需要调整谱函数表征方面的思路。在经历了数月的思考和尝试后,他们决定改变神经网络的表征方式。正是这微小的调整带来了关键性的突破,使得项目顺利进行并成功发表。
周教授认为,人工智能正在成为推动科研发展和探索的新引擎,为科研工作者提供了新的工具和方法,提升科研效率,为科学研究带来更多的可能性。

周教授读博期间与导师在韩国参加会议

周教授在意大利Trento做报告
教书育人:培养未来的科学家
在教学方面,周凯教授致力于激发学生的好奇心和探索精神。他认为,教育的目的不仅是传授知识,更是培养学生的创新能力和批判性思维。周教授鼓励学生勇于提出问题,并通过实践和研究来自己寻找答案,来搞清楚一件事情。同时,周教授特别强调了学科交叉的重要性。他认为,物理作为一门基础学科,与材料、能源、生物、计算机、人工智能等多个领域都有着紧密的联系,他鼓励学生们拓宽视野,学习了解不同领域的知识,在老师的引导下学会运用交叉学科的思维,成长为能够适应未来社会需求的复合型人才。而港中大(深圳)拥有开放包容的科研环境和贴合国际前沿的教学方式,可以为各学科的学习和交流提供良好的发展平台,周教授鼓励同学们多参加学校和学院举办的各类研讨会以及学术论坛等活动,与领域内优秀学者交流互动,丰富自己的想法。
周凯教授的故事是一段关于热爱、探索和创新的旅程。他的经历告诉我们,无论面对多少挑战,只要保持对知识的热情和对创新的追求,就能够在科研的道路上不断前进,探索未知的可能。

周教授在复旦大学讲学
今年是港中大(深圳)成立十周年,周凯教授送上了他对学校的祝福:
恭祝香港中文大学(深圳)十周年校庆!十年拼搏,学校从无到有,如今已然跻身顶尖中外办学高校之一,充分展示了其对教育和科研的卓越追求!作为新加入的一份子,期待并全力贡献学校在学术创新、人才培养和国际科研合作中的不断前行。衷心祝愿学校在下一个十年更加辉煌,迈向世界一流大学!
文案 | 蒋欣辰(经管学院 逸夫书院)