Bagaimana Beijing mengubah kilang simen menjadi tumpuan ahli matematik dari seluruh dunia

Dari lantai kilang ke kampus di Tasik Yanqi

Di pinggir utara Beijing, sebuah bekas kilang simen kini menempatkan pusat matematik yang berkembang pesat. Beijing Institute of Mathematical Sciences and Applications, yang dikenali sebagai Bimsa, terletak di sisi Tasik Yanqi dengan pemandangan gunung dan, pada hari yang cerah, kelibat Tembok Besar. Di dalamnya, kumpulan penyelidikan berkumpul di bilik yang terang untuk mendalami geometri, algebra, medan kuantum dan teori rentetan. Suasananya tenang, tetapi cita-citanya besar. Institut itu menjadi tempat pertemuan ahli matematik dari pelbagai negara yang mahukan masa, rakan kerjasama dan sumber untuk menyelesaikan masalah sukar.

Bimsa berkembang pesat. Institut itu menggaji lebih 200 penyelidik sepenuh masa, dengan kira-kira satu pertiga daripada mereka berasal dari luar China. Ahli matematik dari negara yang berselisih, termasuk Ukraine dan Rusia, bekerja bersama-sama dan berkongsi papan hitam. Tarikannya jelas bagi sarjana pelawat, yang menyifatkan skala kegiatan, gabungan disiplin dan kepakaran yang tertumpu di satu kampus itu sebagai sesuatu yang jarang ditemui.

Institut itu disokong bersama oleh kerajaan perbandaran Beijing dan Universiti Tsinghua. Model pembiayaan itu membolehkan pakej yang kompetitif untuk penyelidik kanan dan junior, dengan gaji antara 700,000 yuan hingga 3.5 juta yuan setahun, menurut bahan institut dan notis pengambilan. Sumber tersebut disertakan dengan struktur yang meminimumkan tugas pentadbiran supaya tenaga pengajar dapat menumpukan sebahagian besar masa mereka pada penyelidikan dan seminar.

Visi itu mencerminkan kepimpinan dekan pengasas merangkap presiden Shing-Tung Yau, pemenang Pingat Fields yang hasil kerjanya membentuk semula geometri pembezaan dan fizik matematik. Reputasinya di peringkat antarabangsa membantu menarik penyelidik mapan dan bakat baharu, selain menghubungkan Bimsa dengan rangkaian global institut dan persidangan.

Apakah Bimsa dan bagaimana ia beroperasi

Bimsa meletakkan dirinya sebagai kampus penyelidikan terbuka yang memberi tumpuan kepada penyelidikan asas dan gunaan. Kira-kira separuh daripada kegiatan institut tertumpu pada matematik gunaan, satu perempat pada matematik tulen dan selebihnya pada bidang rentas disiplin seperti kecerdasan buatan dan sains data. Kampus itu kerap menganjurkan seminar, bengkel dan kumpulan bacaan yang menggalakkan kerjasama merentas kumpulan dan bidang.

Kepelbagaian penyelidikan pada skala besar

Penyelidikan merangkumi geometri algebra, topologi algebra, analisis dan geometri, teori nombor, fizik matematik dan relativiti am, medan kuantum dan rentetan, simetri kuantum, kriptografi, matematik pengkomputeran, statistik dan kebarangkalian. Dalam bidang gunaan, tenaga pengajar mengkaji pembelajaran mesin, pengoptimuman, algoritma untuk pengkomputeran saintifik dan model matematik sistem kompleks, termasuk projek berkaitan ekonomi digital.

Perhimpunan mingguan bertujuan memastikan para penyelidik mengikuti perkembangan di luar bidang kepakaran masing-masing. Dalam sesi ini, tenaga pengajar daripada pelbagai bidang membentangkan hasil dan teknik terkini yang paling penting. Matlamatnya adalah untuk mencetuskan idea dan kerjasama baharu serta memendekkan tempoh antara penemuan dalam satu bidang dengan penerapannya dalam bidang lain.

Ahli fizik teori Korea Selatan Kimyeong Lee, yang pernah bekerja di Amerika Syarikat dan Asia, menekankan skala serta intensiti pertukaran ilmu harian di Bimsa. Beliau berkata, universiti besar di AS mempunyai sumber yang luas, namun jabatan yang lebih kecil boleh berasa terasing. Katanya, pengalaman harian di Bimsa berbeza.

Di AS terdapat banyak universiti cemerlang, tetapi institusi yang lebih kecil mungkin menawarkan peluang yang terhad. Di Bimsa, interaksi berlaku di mana-mana.

Pendidikan dan laluan bakat

Ramai penyelidik Bimsa turut mengajar di Qiuzhen College Universiti Tsinghua, yang dibuka pada 2021 untuk melatih pelajar yang menyasarkan kerjaya penyelidikan dalam matematik. Tenaga pengajar menyifatkan para pelajar sebagai sangat bermotivasi dan pantas menguasai bahan baharu, petanda bahawa Beijing sedang membina kumpulan bakat yang mantap untuk tenaga pengajar dan penyelidik industri pada masa depan.

Ahli matematik Rusia Semen Artamonov, yang mengajar di institut itu, memberikan gambaran ringkas tentang rentak pembelajaran di dalam kelas.

Seolah-olah mereka sudah mengetahui bahan itu dan datang untuk mempelajari bahan pada peringkat lanjutan.

Pentas global: Kongres Antarabangsa Sains Asas

Sejak 2023, Bimsa menjadi tuan rumah Kongres Antarabangsa Sains Asas, perhimpunan selama dua minggu yang menghimpunkan penerima Pingat Fields, pemenang Anugerah Turing, penerima Hadiah Nobel serta sarjana dalam bidang matematik, fizik dan sains komputer. Programnya merangkumi syarahan, perbincangan panel dan majlis anugerah yang mengiktiraf makalah berpengaruh serta sumbangan sepanjang hayat. Penganjur dan anggota jawatankuasa termasuk tokoh terkemuka dalam matematik dan fizik.

Kongres itu menganugerahkan hadiah Frontiers of Science, yang mengiktiraf makalah cemerlang dalam beberapa tahun kebelakangan ini dalam bidang matematik, fizik teori dan sains komputer. Antara penerima pada kongres sulung itu ialah ahli matematik Máté Matolcsi dan László Végh atas hasil kerja yang mendapat perhatian meluas dalam bidang masing-masing, termasuk kemajuan dalam menyelesaikan masalah lama dan penemuan algoritma. Penghormatan sepanjang hayat diberikan kepada sarjana yang sumbangannya membentuk seluruh cabang penyelidikan.

Ahli fizik teori Iran Mohammad Hossein Yavartanoo, yang kini profesor di Bimsa, menggambarkan skala acara itu secara terus terang.

Acara itu sangat besar. Saya belum pernah melihat yang seumpamanya di mana-mana tempat di dunia.

Perhimpunan seperti kongres itu memberi penyelidik muda peluang berinteraksi secara intensif dengan tokoh terkemuka dalam bidang masing-masing, selain mengukuhkan budaya kampus yang menggalakkan sesi perbincangan masalah terbuka dan kursus intensif. Bagi Bimsa, acara itu juga menunjukkan kepada masyarakat yang lebih luas bahawa Beijing berhasrat menjadi persimpangan penyelidikan asas, bukan hanya projek gunaan yang menjanjikan pulangan komersial dalam masa terdekat.

Kerjasama merentas sempadan ketika konflik

Kehidupan harian di Bimsa merangkumi kerjasama antara ahli matematik dari negara yang hubungan antara mereka renggang. Institut itu sengaja mengalu-alukan penyelidik dari Ukraine dan Rusia, dan turut menerapkan semangat tersebut dalam kerjasama institusi. Satu contohnya ialah projek Geometri dan Fizik yang dilancarkan bersama Universiti HSE di Moscow, usaha sama yang memberi tumpuan kepada simetri cermin homologi dan geometri algebra birasional. Kerjasama itu merangkumi persidangan di Beijing dan Moscow, dengan format gabungan bersemuka dan dalam talian yang menghimpunkan sarjana kanan serta penyelidik di awal kerjaya.

Pada November 2024, persidangan bersama mengenai geometri algebra dan fizik matematik menghimpunkan lebih 30 ahli matematik, termasuk tiga penerima Pingat Fields sebagai penceramah. Sebahagian besar program itu menampilkan pelajar kedoktoran dan penyelidik pascadoktoral dari China dan Rusia yang membentangkan hasil kerja baharu serta menimba ilmu daripada tokoh kanan. Pendekatan yang diambil adalah untuk memupuk kerjasama jangka panjang melalui acara berulang dan projek bersama, bukan sekadar lawatan sekali sahaja.

Valery Gritsenko, ketua Makmal Antarabangsa Simetri Cermin dan Bentuk Automorfik HSE, merumuskan nilai pendidikan program-program ini untuk sarjana muda yang sedang meningkat naik.

Ini merupakan pengalaman pembelajaran yang hebat untuk generasi baharu ahli matematik.

Bagi penyelidik secara individu, daya tarikan Bimsa bukan sekadar bakat, tetapi juga masa. Ahli matematik Ukraine Yevgen Makedonskyi menekankan kebebasan untuk memberikan tumpuan yang ditemuinya di kampus Tasik Yanqi.

Bimsa ialah antara segelintir tempat di dunia yang membolehkan saya membuat matematik tanpa perlu terlalu memikirkan perkara lain.

Pembiayaan, gaji dan persaingan mendapatkan bakat

Pampasan dan sokongan Bimsa membantunya bersaing untuk mendapatkan nama besar yang sudah mapan serta tenaga pengajar muda yang berpotensi. Iklan pengambilan awam menyatakan julat gaji antara 700,000 yuan hingga 3.5 juta yuan setahun, bersama sokongan penyelidikan tambahan, bantuan perumahan dan peluang geran. Institut itu terus menambah kumpulan penyelidikan dan jawatan, daripada penyelidik pascadoktoral hingga profesor.

Persekitaran kampus turut menjadi daya tarikan. Kedudukannya yang berhampiran Pusat Sains Matematik Yau Universiti Tsinghua membolehkan seminar dikongsi, penyeliaan bersama pelajar dan projek rentas kampus. Lokasinya yang berdekatan dengan kawasan pergunungan menyediakan suasana tenang untuk penyelidikan, manakala taman sains Huairou di sekitarnya berkembang menjadi kelompok institut dan makmal sains asas.

China telah meningkatkan sumber untuk penyelidikan asas sepanjang dekad lalu, dengan lebih banyak kejayaan dalam kedudukan universiti bagi sains tabii dan kejuruteraan serta program dermawan baharu jangka panjang untuk sains asas. Landskap itu masih banyak bergantung pada sokongan kerajaan, namun program bukan kerajaan semakin mendapat perhatian. Trend ini memudahkan institut seperti Bimsa merancang agenda beberapa tahun dalam matematik tulen dan gunaan, serta mengambil penyelidik antarabangsa dengan tawaran yang kompetitif.

Mengapa matematik, AI dan industri semakin bertumpu

Dalam era AI, banyak masalah paling kompleks bergantung pada pemahaman matematik. Wu Rongling, timbalan ketua Bimsa, berpendapat bahawa penguasaan AI termaju memerlukan lebih daripada sekadar memperbesar set data atau kapasiti pengkomputeran. Beliau mengaitkan matlamat penyelidikan institut itu dengan matlamat strategik China yang lebih luas dalam bidang teknologi.

Pada pandangan Wu, asas matematik yang kukuh penting untuk inovasi bebas dalam rangka kerja dan alatan AI. Beliau menyampaikan hujah itu secara ringkas.

Hanya dengan menguasai matematik sendiri, kita dapat membangunkan rangka kerja AI kita sendiri.

AI moden bergantung pada algebra linear, kebarangkalian dan pengoptimuman. Alat-alat itu ialah permulaan, tetapi banyak masalah industri dan sains melibatkan struktur yang tidak dapat ditangkap oleh model standard. Sebagai contoh, kekangan tegar dalam dinamik molekul, hukum simetri dan keabadian dalam fizik atau kekangan topologi dalam bahan tidak mudah dipelajari tanpa panduan struktur matematik. Apabila struktur tersebut dibina ke dalam seni bina model dan objektif latihan, sistem boleh menggunakan sampel dengan lebih cekap dan menjadi kurang rapuh.

Wu menyifatkan cabaran semasa sebagai jurang antara kerumitan masalah dunia sebenar dengan kesederhanaan banyak model yang digunakan. Pada pandangannya, langkah seterusnya ialah membawa matematik termaju ke teras sistem AI untuk menangani kekangan tersebut dan mengurangkan keperluan pengkomputeran besar yang sering dituntut oleh latihan secara cuba jaya.

AI kini menggunakan matematik asas, tetapi masalah dunia sebenar adalah kompleks. Masalah kompleks memerlukan alat yang kompleks.

Manfaat praktikalnya termasuk penemuan ubat yang lebih pantas melalui pemodelan molekul yang lebih baik, ramalan yang lebih boleh dipercayai dalam sistem iklim dan bendalir, atau reka bentuk yang lebih baik dalam sains bahan dan kejuruteraan. Bidang-bidang ini selari dengan minat beberapa kumpulan Bimsa serta program gunaan di Tsinghua dan institusi rakan.

Jangkauan, muzium dan penglibatan awam

Bimsa berusaha membina budaya penyelidikan yang bermula sejak awal. Tenaga pengajar menyertai pertandingan pelajar, kem musim panas dan bengkel bertema yang dikendalikan melalui Pusat Sains Matematik Yau Universiti Tsinghua. Kampus itu membuka Muzium Matematik Tasik Yanqi yang menyediakan pameran interaktif untuk pelajar dan pengunjung bagi menerangkan idea asas serta masalah terkenal. Usaha ini bertujuan menjadikan matematik tulen lebih mudah didekati dan memberi inspirasi kepada bakal penyelidik.

Dalam bidang gunaan, makmal Bimsa menjalankan projek bersama rakan industri dan kerajaan. Contohnya termasuk penghasilan indeks dan pemodelan dalam ekonomi digital, yang mengutamakan kaedah pengukuran dan statistik untuk dasar serta perniagaan. Program itu memberi pendedahan kepada pelajar tentang set data dan kekangan sebenar sambil memastikan penyelidikan berpaksikan prinsip asas.

Cabaran yang perlu diperhatikan

Kebangkitan pesat Bimsa turut berdepan cabaran. Kerjasama sains antarabangsa terus berhadapan ketegangan politik, kawalan eksport dan sekatan visa. Persidangan, makmal bersama dan pertukaran pelajar memerlukan saluran yang stabil serta peraturan yang boleh dijangka agar momentum dapat dikekalkan. Diplomasi akademik Beijing yang lebih luas telah menyediakan rakan kerjasama untuk institut itu, termasuk universiti di seluruh Asia dan Eropah, namun keterbukaan itu memerlukan perhatian berterusan untuk dikekalkan.

Pihak kepimpinan kampus mengutamakan kebebasan penyelidik daripada beban pentadbiran yang berat dan campur tangan politik. Mengekalkan piawaian itu ketika institut berkembang akan menguji tadbir urus dalamannya. Pengambilan tenaga pengajar yang pelbagai, penyepaduan kakitangan baharu dan keseimbangan skala kerja tulen dengan gunaan ialah isu praktikal yang timbul apabila sesebuah institusi semakin besar.

Pembiayaan yang stabil merupakan satu lagi faktor. Belanjawan kerajaan telah menyokong pertumbuhan institut itu, manakala program dermawan baharu di China meningkatkan sokongan untuk penyelidikan asas melalui geran berbilang tahun. Membina kumpulan penyumbang dana jangka panjang yang lebih luas akan memudahkan perancangan pengambilan, persidangan besar dan projek jangka panjang yang tidak sesuai dengan tempoh geran tahunan atau jangka pendek.

Perkara Utama

• Bimsa di utara Beijing mengubah bekas kilang simen menjadi kampus matematik yang sibuk dengan lebih 200 penyelidik sepenuh masa dan kehadiran antarabangsa yang kukuh.
• Institut itu disokong oleh kerajaan perbandaran Beijing dan Universiti Tsinghua, serta menawarkan pakej kompetitif untuk menarik bakat dari seluruh dunia.
• Penyelidikannya merangkumi matematik tulen, matematik gunaan dan kerja rentas disiplin dalam bidang seperti AI, sains data dan fizik matematik.
• Sejak 2023, Bimsa menjadi tuan rumah Kongres Antarabangsa Sains Asas, perhimpunan besar yang menghimpunkan sarjana terkemuka dan merangkumi anugerah Frontiers of Science.
• Kerjasama, termasuk projek Geometri dan Fizik bersama Universiti HSE, menyokong persidangan bersama dan program latihan untuk penyelidik di awal kerjaya.
• Pemimpin institut itu menegaskan bahawa asas matematik yang kukuh penting untuk kemajuan bebas dalam AI dan pemodelan kompleks dunia sebenar.
• Program jangkauan, muzium matematik dan pertandingan pelajar membina laluan untuk bakal penyelidik serta menghubungkan teori tulen dengan penglibatan awam.
• Cabaran utama termasuk mengekalkan kerjasama antarabangsa yang terbuka, memastikan kebebasan penyelidikan dan memperluas sumber pembiayaan jangka panjang.