在高能核物理与人工智能的交汇领域，香港中文大学（深圳）理工学院的周凯教授以其独到的视角和创新的方法拓展了物理研究的界限。他专注于物质科学领域的研究，并将人工智能视为加速科学探索与应用的工具。

周凯教授关注“Physics for AI”的研究，运用物理学的底层逻辑来阐释人工智能的算法框架，揭示智能系统与复杂物理系统之间的深刻联系。

高能物理探索：从微观到宇宙

周凯教授的主要研究领域为高能核物理，研究极端条件下的物质性质，这对于理解宇宙起源和物质结构都具有重大意义。其研究核心是量子色动力学（QCD）物质，致力于解密物质在极高温、高密状态下的行为和性质。通过重离子碰撞实验，科学家们可以模拟出迷你版的“宇宙爆炸”，其爆炸产物中心温度可达2万亿摄氏度，远超太阳核心温度。

重离子碰撞图

这些研究不仅有助于回答物质构成的最基础问题，还为高能物理在能源、医疗等领域的应用开辟新路径。例如医疗领域广泛使用的质子刀，正是通过加速使质子的能量达到一定程度，再精准聚焦于病灶部位，实现保护健康组织的同时治疗癌症。物理与AI的融合支持，将会显著提升治疗精度并缩短治疗规划时间。

AI与物理：从工具到理论

周凯教授不仅将人工智能作为物理研究工具，更提出了“Physics for AI”的理念，即用物理学的原理反哺人工智能发展。他指出现代AI技术的诸多底层算法，包括生成式模型（如图像生成工具）都源于物理学原理。

当前流行的“文生图”AI工具所采用的扩散模型（Diffusion Model），其核心概念正源自热物理学，这些物理概念被系统性地转化为AI算法。周凯教授进一步揭示，很多大语言模型的基本模块，以及玻尔兹曼机和变分自编码器等流行生成模型，其底层逻辑都可以追溯至统计物理学原理。

扩散模型相关演示（Cat Diffusion）

通过物理定律与AI技术的有机结合，周凯教授在跨学科领域取得突破性进展。在《Journal of High Energy Physics》发表的研究中，他创新性地从统计物理学视角解析生成式人工智能方法，同时基于生成式人工智能模型，探索了量子场论格点计算应用。值得关注的是，他将格点场论中的随机量子化与生成式扩散模型建立关联，在给出了从物理角度理解AI模型的同时，也展示了先进机器学习技术如何深化对量子多体系统的探索。这一系列研究成功实现了机器学习方法与基础物理学的深度融合，推动学科交叉创新。

扩散模型相关演示（LatticeQFT Diffusion）

Physics for AI：未来无限可能

周凯教授近年来研究成果斐然，屡次获得国际权威期刊和学术会议认可。其论文《Higher-Order Cumulants in Diffusion Models》荣获最佳“Physics for AI”论文奖（NeurIPS 2024  Workshop），该奖项不仅彰显周凯教授研究的创新性与跨学科特性，更凸显他在人工智能与物理学融合研究领域的卓越贡献。

周凯教授的论文荣获最佳“Physics for AI”论文奖

周凯教授坚信，物理学与人工智能的结合将成为未来科学研究的关键趋势。他指出，继去年诺贝尔物理学奖颁发给John Hopfield和Geoffrey Hinton在人工神经网络方面的研究成果之后，美国物理学会（APS）已将神经网络人工智能列入物理学范畴，未来人工智能与物理学将更加紧密相连。人工智能的快速发展为物理学研究提供新工具，而物理学则为人工智能算法奠定理论基础。这种双向赋能关系不仅加速科学进步，更有助于提升人工智能的科学性与可靠性。

在人工智能与物理学深度整合的时代浪潮中，周凯教授无疑是该交叉领域的领航者。他将继续依托香港中文大学（深圳）的平台深耕物质科学研究，其开创性工作不仅揭示物理与AI结合的巨大潜力，同时为未来科技革新注入强劲动力。

青年教授简介

周凯

港中大（深圳）理工学院助理教授

周凯现为香港中文大学（深圳）理工学院助理教授。他于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年至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）。

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。