武慶慶/上海交通大學(xué)集成電路學(xué)院長(zhǎng)聘教軌副教授
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(huì)是：熱愛(ài)科研的人需要一個(gè)不被“打斷”的研究環(huán)境。只有在完全沉浸其中時(shí)，才能進(jìn)入“心流”狀態(tài)，孕育出真正有價(jià)值的、創(chuàng)新的科研想法。
武慶慶，思源青年學(xué)者，國(guó)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(jiǎng)、中國(guó)通信學(xué)會(huì)青年科學(xué)獎(jiǎng)、IEEE通信學(xué)會(huì)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(jì)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(guó)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(kāi)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(zhǎng)軌副教授。
以下是他的講述：
【1】
2022年我開(kāi)始擔(dān)任上交大長(zhǎng)軌副教授至今三年以來(lái)，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(tuán)隊(duì)。
現(xiàn)在來(lái)面試的研究生感覺(jué)和我們當(dāng)年科研狀態(tài)不同，在從事學(xué)術(shù)研究這件事上，常常看不出他們很強(qiáng)的學(xué)術(shù)“野心”。我覺(jué)得有學(xué)術(shù)野心這點(diǎn)非常重要，在漫長(zhǎng)的學(xué)術(shù)研究生涯中，會(huì)充滿非常多的挫折和失敗，很多學(xué)生現(xiàn)在對(duì)做科研這件事，選擇并不堅(jiān)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(kāi)始時(shí)的進(jìn)展都非常緩慢，只有到最后才有可能迎來(lái)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(shí)，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(shí)，我遇到了陳文教授，他對(duì)我的教育一直是鼓勵(lì)式的，每當(dāng)我提出新的想法時(shí)，他總會(huì)積極鼓勵(lì)我。后來(lái)我逐漸意識(shí)到，這種鼓勵(lì)式教育對(duì)我整個(gè)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(dòng)性、好奇心和韌性。現(xiàn)在大多數(shù)學(xué)生，是通過(guò)應(yīng)試教育篩選出來(lái)的，能把一件事做得整體還不錯(cuò)，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(ài)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(shí)在我當(dāng)時(shí)學(xué)習(xí)信息工程專業(yè)研究“綠色通信”這一方向時(shí)，在無(wú)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(gè)字概括即開(kāi)源節(jié)流，盡量實(shí)現(xiàn)高能效、低功耗。從4G發(fā)展到5G，再到現(xiàn)在的6G時(shí)代，能耗和成本已經(jīng)成為整個(gè)通信產(chǎn)業(yè)界的痛點(diǎn)問(wèn)題。
如果說(shuō)1G到4G的發(fā)展，主要滿足人與人之間的溝通交流，比如語(yǔ)音、視頻通話等。那么5G時(shí)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(huì)降低到毫秒以下。比如在大型的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、大飛機(jī)制造等工業(yè)的場(chǎng)景中，需要無(wú)人化的協(xié)同，在同步的過(guò)程可能毫秒級(jí)的時(shí)延就會(huì)產(chǎn)生很大的偏差，對(duì)未來(lái)造成一定的風(fēng)險(xiǎn)，這個(gè)時(shí)候就需要極低的延遲。
我和我當(dāng)時(shí)新加坡國(guó)立大學(xué)的導(dǎo)師張瑞院士曾調(diào)研過(guò)，5G時(shí)代基站需要的個(gè)數(shù)是4G時(shí)代的三倍左右。單個(gè)基站的價(jià)格，也是4G時(shí)代的三到四倍。通信頻率越高，每個(gè)基站的覆蓋范圍會(huì)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(duì)運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)，成本和能耗更加無(wú)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(wèn)題。
智能反射面本身并不產(chǎn)生信號(hào)，也不接收信號(hào)，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(shí)，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(gè)空間中并不缺乏電磁信號(hào)，只是缺乏對(duì)電磁波信號(hào)的有效引導(dǎo)。這個(gè)技術(shù)的初衷，是希望能夠在信號(hào)傳播過(guò)程中通過(guò)反射操縱電磁波往哪個(gè)方向走。它不是一個(gè)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(xiàng)技術(shù)運(yùn)用到實(shí)際通信系統(tǒng)中，要做好前期充分的理論驗(yàn)證。我們發(fā)現(xiàn)隨著面板尺寸的擴(kuò)大，單元個(gè)數(shù)的增多，接收端的功率增益會(huì)隨之以單元數(shù)的平方階數(shù)增大。但在無(wú)線通信發(fā)展的過(guò)程中，據(jù)我所知教科書(shū)中并沒(méi)有提到有過(guò)二階的增益，最開(kāi)始我們有點(diǎn)不太相信，后來(lái)意識(shí)到這可能會(huì)是一個(gè)新的突破。也正是因?yàn)檫@個(gè)原因，我們對(duì)論文的發(fā)表變得非常謹(jǐn)慎。
我還記得一個(gè)下午，我和張瑞老師討論了兩件事，一是如何將這個(gè)方向往前進(jìn)一步推進(jìn)，二是應(yīng)該如何對(duì)這一技術(shù)進(jìn)行命名。最終，做了充足的仿真試驗(yàn)和嚴(yán)謹(jǐn)?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(huì)Fred W. Ellersick Prize以及2022年IEEE通信學(xué)會(huì)亞太杰出論文獎(jiǎng)，兩篇論文谷歌學(xué)術(shù)引用都達(dá)到4000多次，后者排在無(wú)線通信領(lǐng)域頂刊IEEE TWC 創(chuàng)刊20余年以來(lái)的被引次數(shù)歷史第三位。
很巧的是，當(dāng)年發(fā)表在無(wú)線通信領(lǐng)域頂刊IEEE TWC排名歷史第二的論文來(lái)自美國(guó)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(shí)代，中國(guó)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(shí)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(jìn)。
國(guó)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(guó)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(guò)現(xiàn)有技術(shù)還在進(jìn)一步的研究當(dāng)中。之前的研究大多在實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)景中，而在大規(guī)模的室外場(chǎng)景中，信道環(huán)境會(huì)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(dòng)時(shí)怎樣追蹤。作為網(wǎng)絡(luò)中一個(gè)新設(shè)備，又需要跟基站進(jìn)行同步或者非同步的操作。所以這項(xiàng)技術(shù)的商用還需要進(jìn)一步地標(biāo)準(zhǔn)化研究。
2019年在一次采訪中我曾提到，我的目標(biāo)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(dòng)通信系統(tǒng)中，寫(xiě)進(jìn)6G的標(biāo)準(zhǔn)里。現(xiàn)在回想起來(lái)，技術(shù)的發(fā)展在很多時(shí)候會(huì)超出你的預(yù)期。在2030年之前，我們有很大機(jī)會(huì)能看到這項(xiàng)技術(shù)局部落地投入商用。
【3】
我認(rèn)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(gè)跨學(xué)科方向。不僅需要通信領(lǐng)域的知識(shí)，還涉及電磁材料學(xué)，也融合了AI的元素。我們希望未來(lái)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?yàn)樵趥鹘y(tǒng)賽道上，很容易想到一些技術(shù)的拓展和延伸，很多時(shí)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(shí)候其實(shí)并沒(méi)有意識(shí)到當(dāng)時(shí)的想法會(huì)具備顛覆性，更多的時(shí)候，只有純粹地去研究這項(xiàng)技術(shù)、思考如何解決技術(shù)痛點(diǎn)，在這個(gè)過(guò)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(huì)給自己帶來(lái)壓力。所以很多時(shí)候，我在做科研時(shí)更重要的是保持好奇心和堅(jiān)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(gè)相對(duì)放松的環(huán)境和心態(tài)，不能總是時(shí)刻緊繃著。
科研不像流水線生產(chǎn)，不是機(jī)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(wú)知、無(wú)欲、無(wú)求的過(guò)程。
【4】
為了讓自己在科研時(shí)有一個(gè)放松的狀態(tài)，我曾經(jīng)嘗試過(guò)很多運(yùn)動(dòng)。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(mén)檻最低、能陪伴我最久的運(yùn)動(dòng)方式。
當(dāng)然，科研工作者有時(shí)也會(huì)存在惰性。我想很多人沒(méi)能堅(jiān)持出門(mén)運(yùn)動(dòng)，可能跟他們對(duì)運(yùn)動(dòng)能給人帶來(lái)的好處認(rèn)識(shí)深度不夠。只有你認(rèn)識(shí)得足夠深刻，才會(huì)有足夠的執(zhí)行力開(kāi)始鍛煉、運(yùn)動(dòng)。
我在本科階段，曾經(jīng)是一個(gè)不愛(ài)跑步的人。但后期慢慢地意識(shí)到運(yùn)動(dòng)對(duì)科研工作者的重要性。為了讓自己下定決心開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，前期我做了很多科學(xué)的調(diào)研，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的調(diào)研我對(duì)運(yùn)動(dòng)有了新的認(rèn)知，運(yùn)動(dòng)是最好的“藥物”之一。這種認(rèn)知不僅是“知道運(yùn)動(dòng)有好處”，而是理解“為什么要做、不做會(huì)帶來(lái)什么后果”。
我還有一點(diǎn)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(gè)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(kāi)始，很難有很好的效果。
在博士和博士后期間，我做科研時(shí)，我會(huì)常常把手機(jī)調(diào)至飛行模式，保證科研能夠全身心投入，讓自己進(jìn)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(shí)間逐漸變得碎片化，對(duì)接學(xué)生、開(kāi)會(huì)等這類事務(wù)把我的時(shí)間切割得非常零散，這對(duì)科研創(chuàng)新其實(shí)很不利。現(xiàn)在我會(huì)刻意留時(shí)間給自己閉關(guān)思考。
我喜歡看人物傳記，近期在看的書(shū)是菲爾茲獎(jiǎng)獲得者、清華大學(xué)數(shù)學(xué)家丘成桐寫(xiě)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(zhǎng)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(yuǎn)的影響。
他是數(shù)學(xué)家，卻有很強(qiáng)的文學(xué)功底，還能作詩(shī)，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(diǎn)讓我感觸頗深。
常有人說(shuō)，可能懂得很多道理，但依然過(guò)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(shí)成果落地轉(zhuǎn)化到應(yīng)用起來(lái)，這其實(shí)需要長(zhǎng)遠(yuǎn)的過(guò)程，這點(diǎn)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(wèn)題到落地。
本文鏈接：武慶慶：熱愛(ài)科研的人需要不被“打斷”的環(huán)境http://www.sq15.cn/show-11-26271-0.html
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