央视主持人董倩对话汪林望教授：从原子到产业第一性原理的时代

我是1985年读博士的时候开始研究新材料，新材料都是一样的，要用各种各样的要求不断得研发，那个时候制备新材料和现在并没有大的区别。但我是做计算的，并不是生产特殊的材料，而是用一个普适性的办法，叫做“第一性原理的计算”来预测各种新的材料的性质，这样的话可以在理解了这个材料之后，甚至可以理性的设计材料。

我们现在的科技发展，周围所有的物质都是可以拿来计算的，并且你不用做实验，不用告诉我任何参数，只告诉我它的组分是怎么样的、元素是怎么样的，就可以把它算出来，并且和实验的结果非常相似。

是的，现在大多数材料其实都是人工合成的，或者人工改变的。当然这个都是来自于我们的需求，比如我们现在正面临地球变暖，这个就需要再生能源这个材料，比如说锂电池、太阳能电池或者光分解水、储氢......所有这些都有一定的特殊需求。以前我们研发材料都是通过实验一步步来，但是那样很慢，往往一个新的材料要十几年甚至更长的时间。

这当然不是我一个人，这是整个行业、整个科技界的成就。其实所谓的第一性原理计算离不开量子力学，量子力学今年正好是建立一百周年纪念，在量子力学初期，狄拉克是量子力学的奠基人之一，他说所有化学材料的基本方程已经解决了，接下来是要怎么去求解这个方程，看起来很简单，但解起来很困难，因为它的复杂度是随电子数目的指数增加的，我们现在的计算机都不太能够容易得解它。

但好在通过整个科学界一百年的努力，我们现在有很多近似的方法，特别是在1964年的时候，美国科学家科恩提出了一个密度泛函的方法。这个方法可以把指数增长变成电子数的三次方，这样就大大降低了它的计算量。在八十年代初期的时候，科学界做了一些这种计算，惊奇地发现算出来的结果和实际测量的性质非常符合，这不是一种材料，而是各种各样的材料都是这样的。

所以从此之后，这个行业就进入了快车道，后面又有了一些像线性标度法这样的方法，并且近几年AI的加入，也可以让一些新的方法计算的体系非常大，甚至现在可以计算跟工业界相关的一些东西。

人工智能是一个新的方法，它也可以用在材料的计算上面，它其实最主要打通了一点，我们说第一性原理计算——基于量子力学的计算，往往还是在微观的尺度上，也就是几个纳米，比如说几千个原子，但是工业界很多的工艺过程，有可能涉及到上亿原子。所以怎么连接起这个大的间隙？人工智能的方法开辟了一种新的道路。

2015年，我把我的一款第一性原理的软件放到GPU上面。当初GPU才刚刚开始，我们发现GPU可以把它增速三十多倍。所以我就想可以把这个给其他的人用，给科学界，也给工业界。所以那个时候我们就成立了一家公司，叫龙讯旷腾，在北京。通过这十年不断的改进，这款叫PWmat的软件的能力已经非常强，也非常成熟。所以我们就把这款软件再加上其他的，比如说AI的方法、工业流程模拟的方法，去给学术界、也给工业界应用。

刚刚说的这个第一性原理计算，在学术界已经渗透到方方面面，这是一个很强有力的工具，有很多研究也说明，如果大家在工业界用上这个， 他可以降低研发成本的百分之二三十，缩短它的周期百分之二三十。

但是实际上应用并不多，特别是在咱们中国，现在都说我们中国要追赶西方的科技，其实我认为最好的追赶方式就是用到比如说二三十年前没有的工具，我们现在拿来用。而这个第一性原理计算就是一个这样的工具。因为在过去的三十年，计算机的计算能力增加了一千万倍。我们的算法又比较成熟，现在又有AI的方法，完全是可以用起来的。而现在又没有用到，所以我是非常希望推动这个事情。