我的科学观｜武庆庆：热爱科研的人需要不被“打断”的环境

从科研工作者到副教授，青年科学家武庆庆最直接的体会是：热爱科研的人需要一个不被“打断”的研究环境。只有在完全沉浸其中时，才能进入“心流”状态，孕育出真正有价值的、创新的科研想法。

武庆庆，思源青年学者，国家海外优青，科睿唯安全球高被引科学家，获上海市自然科学一等奖、中国通信学会青年科学奖、IEEE通信学会最杰出青年学者等，目前主要研究领域包括6G智能超表面通信、低空智联网、通信-感知-定位-计算一体化等。

2012年从广东华南理工大学信息工程专业毕业后，武庆庆直博到上海交通大学，期间专注于“绿色通信”研究，为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础。2016年，博士提前毕业后，加入新加坡国立大学担任博士后研究员，与新加坡工程院张瑞院士合作开展研究。2022年，武庆庆回到上海交通大学集成电路学院担任长轨副教授。

以下是他的讲述：

2022年我开始担任上交大长轨副教授至今三年以来，除了科研工作外，还要承担学生事务等日常工作。这些天，我正在忙着招聘我的研究生团队。

现在来面试的研究生感觉和我们当年科研状态不同，在从事学术研究这件事上，常常看不出他们很强的学术“野心”。我觉得有学术野心这点非常重要，在漫长的学术研究生涯中，会充满非常多的挫折和失败，很多学生现在对做科研这件事，选择并不坚定，只是想尝试，总想着自己还有很多后路可以选择。

但科学研究刚开始时的进展都非常缓慢，只有到最后才有可能迎来一次爆发。比如数学家张益唐到了58岁，才在数学领域才有一定成果。

我刚走上科研这条路时，面临挺多的困难从华南理工大学直博到上海交通大学时，我遇到了陈文教授，他对我的教育一直是鼓励式的，每当我提出新的想法时，他总会积极鼓励我。后来我逐渐意识到，这种鼓励式教育对我整个学术生涯非常重要。

我现在招收学生，非常看重他们是否具备主动性、好奇心和韧性。现在大多数学生，是通过应试教育筛选出来的，能把一件事做得整体还不错，但如果要真的把一件事做到极致的优秀、极致的创新，就需要多一份热爱和好奇心，再加上持续不懈的努力。

现在很多人聊AI，但其实在我当时学习信息工程专业研究“绿色通信”这一方向时，在无线通信领域，火爆程度不亚于现在的AI。

“绿色通信”用我博士学位论文四个字概括即开源节流，尽量实现高能效、低功耗。从4G发展到5G，再到现在的6G时代，能耗和成本已经成为整个通信产业界的痛点问题。

如果说1G到4G的发展，主要满足人与人之间的沟通交流，比如语音、视频通话等。那么5G时代，除了继续提升超高清视频通信能力之外，更重要的是服务于千行百业。

而6G与5G不同之一是端到端的延迟会降低到毫秒以下。比如在大型的工业物联网、大飞机制造等工业的场景中，需要无人化的协同，在同步的过程可能毫秒级的时延就会产生很大的偏差，对未来造成一定的风险，这个时候就需要极低的延迟。

我和我当时新加坡国立大学的导师张瑞院士曾调研过，5G时代基站需要的个数是4G时代的三倍左右。单个基站的价格，也是4G时代的三到四倍。 通信频率越高，每个基站的覆盖范围会变小。因此，如果采用传统的建站方式，6G需要更高的建站密度，对运营商来说，成本和能耗更加无法接受。

智能反射面（IRS）赋能通信技术，能很好地缓解这一问题。

智能反射面本身并不产生信号，也不接收信号，所以不需要很复杂的、高成本高能耗的射频链路，能有效降低成本和能耗。

同时，智能反射面可以部署到网络空间中，比如天花板、墙壁、大楼表面，甚至大型广告牌。整个空间中并不缺乏电磁信号，只是缺乏对电磁波信号的有效引导。这个技术的初衷，是希望能够在信号传播过程中通过反射操纵电磁波往哪个方向走。它不是一个发送者，而是中间链路的重构者或者赋能者。

要想把这项技术运用到实际通信系统中，要做好前期充分的理论验证。我们发现随着面板尺寸的扩大，单元个数的增多，接收端的功率增益会随之以单元数的平方阶数增大。但在无线通信发展的过程中，据我所知教科书中并没有提到有过二阶的增益，最开始我们有点不太相信，后来意识到这可能会是一个新的突破。也正是因为这个原因，我们对论文的发表变得非常谨慎。

我还记得一个下午，我和张瑞老师讨论了两件事，一是如何将这个方向往前进一步推进，二是应该如何对这一技术进行命名。最终，做了充足的仿真试验和严谨的理论推导后，我们发表了论文，引起了非常大的反响。2篇早期的IRS的论文荣获2023年IEEE通信学会Fred W. Ellersick Prize以及2022年IEEE通信学会亚太杰出论文奖，两篇论文谷歌学术引用都达到4000多次，后者排在无线通信领域顶刊IEEE TWC 创刊20余年以来的被引次数历史第三位。

很巧的是，当年发表在无线通信领域顶刊IEEE TWC排名历史第二的论文来自美国工程院院士托马斯·L·马尔泽塔（Thomas L. Marzetta），他在2009年提出了5G核心技术——超大规模MIMO的初步构想。十年后，我们提出了面向6G的潜在关键性技术。

从4G到5G时代，中国的声量不断增大，从跟跑到现在核心专利方面做到全球领先。6G时代，我们一代一代的科研工作者希望能把通信技术继续往前推进。

国内高校还牵头成立了面向全球学术界和产业界的智能超表面技术联盟（RISTA），中国的企业、高校和科研工作者在其中发挥了主导性作用。

不过现有技术还在进一步的研究当中。之前的研究大多在实验室场景中，而在大规模的室外场景中，信道环境会更加复杂。智能反射面需要知道用户在什么地方，以及用户移动时怎样追踪。作为网络中一个新设备，又需要跟基站进行同步或者非同步的操作。所以这项技术的商用还需要进一步地标准化研究。

2019年在一次采访中我曾提到，我的目标是能把我和我的导师张瑞院士提出的智能反射面技术应用到下一代的移动通信系统中，写进6G的标准里。现在回想起来，技术的发展在很多时候会超出你的预期。在2030年之前，我们有很大机会能看到这项技术局部落地投入商用。

我认为所谓的“颠覆性”创新，追求的是纯粹的创新，是从0到1的突破，甚至具备跨学科视角。

比如我现在研究的，以智能超材料为核心的电磁调控或以智能超表面为核心的传输技术，是一个跨学科方向。不仅需要通信领域的知识，还涉及电磁材料学，也融合了AI的元素。我们希望未来的智能反射面设备能够部署到环境中，能自主调节，而不是依赖人为干预，这其中人工智能将发挥重要作用。

往往跨领域、跨学科比较容易催生出颠覆性创新技术，因为在传统赛道上，很容易想到一些技术的拓展和延伸，很多时候颠覆性创新，需要一些天马行空的突发奇想。

科研初期阶段，很多时候其实并没有意识到当时的想法会具备颠覆性，更多的时候，只有纯粹地去研究这项技术、思考如何解决技术痛点，在这个过程中往往可能出现某些颠覆式创新想法。

如果每天想着“我一定要做出颠覆性技术”，反而会给自己带来压力。所以很多时候，我在做科研时更重要的是保持好奇心和坚持不懈地探索，持续尝试不同的可能。而且，科研需要给自己创造一个相对放松的环境和心态，不能总是时刻紧绷着。

科研不像流水线生产，不是机械重复操作就能保证成果产出。只有在自由探索、放松的环境中，才更容易孕育出高质量，甚至具备颠覆性的成果。

比如，很多天马行空的想法，需要你处于很放松的状态，甚至带有一些无知、无欲、无求的过程。

为了让自己在科研时有一个放松的状态，我曾经尝试过很多运动。比如游泳、乒乓球、羽毛球等。

但最后发现，从本科到博士、再到助理教授，后期我定居上海，只有跑步是门槛最低、能陪伴我最久的运动方式。

当然，科研工作者有时也会存在惰性。我想很多人没能坚持出门运动，可能跟他们对运动能给人带来的好处认识深度不够。只有你认识得足够深刻，才会有足够的执行力开始锻炼、运动。

我在本科阶段，曾经是一个不爱跑步的人。但后期慢慢地意识到运动对科研工作者的重要性。为了让自己下定决心开始运动，前期我做了很多科学的调研，经过系统的调研我对运动有了新的认知，运动是最好的“药物”之一。这种认知不仅是“知道运动有好处”，而是理解“为什么要做、不做会带来什么后果”。

我还有一点很深的感触，科研工作需要集中注意力高效率完成，这需要让自己处于一个不被打断的环境里，只有这样才能深度思考。如果不停被各种琐碎的事务打断，再重新开始，很难有很好的效果。

在博士和博士后期间，我做科研时，我会常常把手机调至飞行模式，保证科研能够全身心投入，让自己进入一种高度沉浸的“心流”状态。

自从我担任教职以后，我的时间逐渐变得碎片化，对接学生、开会等这类事务把我的时间切割得非常零散，这对科研创新其实很不利。现在我会刻意留时间给自己闭关思考。

我喜欢看人物传记，近期在看的书是菲尔兹奖获得者、清华大学数学家丘成桐写的自传《我的几何人生：从贫穷少年到数学皇帝》。几何人生，人生几何。他成长于上一代非常艰苦的环境中，但是在全球数学领域里产生了非常深远的影响。

他是数学家，却有很强的文学功底，还能作诗，我很好奇他是如何兼顾科学的理性和文学的美感，这点让我感触颇深。

常有人说，可能懂得很多道理，但依然过不好这一生。这本质的原因可能跟自我管理有关，如果你能把所学的知识成果落地转化到应用起来，这其实需要长远的过程，这点跟我们科研工作者挺相似的，科研工作本身就是从不知道到知道，最终解决问题到落地。