首创通用AI模型破译蛋白质功能密码、“薛定谔化”解锁量子计算瓶颈、随机分批算法率先克服分子动力学可扩展性难题……上海交大面向世界科技前沿领域和国家战略发展需求，前瞻布局未来产业，注重科技成果创新转化，着力推动完善基础学科、新兴学科、交叉学科建设和拔尖人才培养，大力推进以自然科学研究院为代表的交叉学科研究新型平台建设，不断推动新质生产力加速发展。
近年来，自然科学研究院在量子计算、分子动力学模拟、计算神经科学、软物质物理、人工智能等多个前沿领域，取得了一系列国际领先的重要研究成果，并培育了一批杰出学者和创新人才。
向“新”而行，向“质”而进，自然科学研究院在上海交通大学的支持下，正拔节生长、聚能成势，向着世界级智创中心稳步迈进，奋笔书写高质量发展时代新答卷。
交叉创新系列重大原创成果持续涌现
走进研究院院长金石的办公室，密密麻麻的手写数学推导公式首先吸引了大家的注意。“集合论的创始人康托尔说过，‘数学的本质在于思考的自由充分’。自由充分的思考，可以说是每一个领域研究的根本要素。我们鼓励与倡导学术观点的自由分享与交流。我们相信思想的高频互动一定能出碰撞出最美的火花，我们很多研究成果最初灵感都是来源于彼此之间的学习与交流。”金石教授脸上透着笑容说道。
今年10月，金石、徐振礼教授与研究院青年教师李磊的研究项目“粒子系统与分子动力学的随机快速算法及应用”获上海市自然科学一等奖。项目组受到了人工智能领域随机梯度下降算法的启发，设计了针对以基于牛顿第二定律的交互作用粒子系统的随机分组计算方法，提出了“随机分批方法”，该算法将运算时间的数量级从分子数平方降低到分子数线性，使粒子模拟计算资源消耗量降低多个量级，并使并行效率接近100％。
基础研究是科技创新的源头，加强科研成果转化应用，不仅是催生新产业的新路径，也是培育新质生产力的新动能。基于该套数学算法，金石、徐振礼教授团队自主研发了国内首款多体智能软件“微著”，并发布了旗舰产品——随机分批分子动力学RBMD(Random Batch Molecular Dynamics)模拟云计算平台以及专用模拟器微著·NanoTitan。RBMD有效解决了基于牛顿第二定律的分子动力学模拟中长程与短程作用力计算中的效率瓶颈，实现了GPU单卡模拟千万原子的技术，运算速度比主流软件快约30倍，达到国际领先水平。
同时，徐振礼团队与上海交大溥渊未来技术学院携手合作，将该算法应用于新能源产业领域，部署于固态电池项目研究中，将微观世界可视化，精准锁定锂离子电导率衰减的核心问题，成功让锂离子电导率维持在高水平，这一成果使得科研人员实验和工作效率大幅提升，为国家新材料的研究及新能源产业的发展提供了坚实支撑。
“交大给我们提供了自由探索与充分交流的环境。交大和研究院每位老师在各自的领域都非常专业有想法，也非常乐意解答大家的疑惑，在彼此的交流中，我们能接触到数学、物理、生命科学、人工智能等不同领域最新的研究方向。也正是在这种交叉创新的氛围下，我们也许能在一杯咖啡的时间里，找到新的研究灵感与成果转化方向。”李磊感慨道。
同行评议打造青年创新人才发展沃土
“刚开始回母校应聘时，我还很担心，不知道能不能达到学校人才引进的标准，当时我的确没有特别多的文章和荣誉，也正是学校和研究院人才评价的破‘四唯’，我才能回到心心念念的母校。这五年在学校和研究院的培育下，在科研与育人方面，逐步取得了一些小进步。”青年教师许志钦一边上传当天的Ｂ站科普视频，一边笑着道出了青年教师入职交大前曾有的一些小忧虑。
在青年教师许志钦的B站帐号上，满满都是关于近年来备受关注的神经网络领域的科普和教学视频，目前账号已有3万余粉丝。其教授的“最优化方法”和“人工智能数学基础”两门课，也获得了同学们的好评。
近年来，研究院重点布局生命科学、人工智能和量子科技等新兴学科，充分发挥青年教师的创新潜能，着力推动基础研究与交叉学科前沿领域研究，绝大多数年轻学者都荣获了国家高层次人才荣誉。
“学校和研究院在人才引进上都秉承着‘不看帽子看里子，不唯文章唯实力’的标准，采用国际评估制度，根据国际同行评议来引进人才，只要是教学科研的‘潜力股’，只要能填补学术研究的‘空白区’，我们都欢迎。”金石表示。
院面向世界一流大学和科研机构选聘杰出学者及优秀青年学者，汇聚了一批在应用数学、统计学、物理学、生物学、信息科学等领域的国际高水平基础科学人才。至今，研究院引进的近30位学者已获得40项国家和国际级奖励和荣誉，包括国际数学家大会邀请报告等荣誉。自2019年起，在数学和物理领域培养了6位领军层次人才。
“基础前沿研究需要耐得住寂寞、稳得住心神。我们简化对科研人员的考核，给予老师们充分的信任，不限制研究人员的方向与课题，既鼓励从事兴趣研究的学术研究，也提倡对国家经济、社会发展有影响力的产业课题，我们希望他们能在自己的专业领域持续深耕，我相信在这里每一位科研工作者都可以让自己变得更优秀。”金石一字一句说道。
教学相长赋能拔尖创新人才自主培养
交大自然科学研究院不仅是青年科学家的梦想孵化地，也是拔尖创新人才自主培养主阵地。“培养基础研究领域的拔尖创新人才的前提是教师自身也需要是优秀的科学家。此外，我认为培养拔尖创新人才重点在于要让学生真正参与到科研课题与讨论中，在优秀科学家的引导下摆脱为考试而学习的模式，形成主动提出问题、探索没有标准答案的科研思维方式。”金石表示。
青年教师李松挺办公室的灯经常通明到深夜，那是他正与学生们激烈讨论着科研课题中的难点。他表示，科研的动力来源于兴趣与热情，在学校他不仅非常享受自由探索的乐趣，也很享受与有着共同兴趣的学生们一起发现科学奥秘的时刻。
2010年，学校先后成立自然科学研究院与致远学院（前身理科班），在学校的布局下，两院紧密合作，开设了105门高水平课程。交大为学子们提供了优质的学术沃土，同学们可以随时敲开教授的门，体验“转身遇见大师”的学术氛围。
2012年起，研究院开始实施“交叉科学博士生培养计划”，希望有学术研究兴趣的学子们能够在前沿研究的参与过程中接受系统的学术训练，不断提升科研能力。至今，自然科学研究院已培养了一批有潜力、有志趣的拔尖创新人才，68％的毕业生进入国内外优秀大学继续从事博士后和教职工作。
“我们希望能打破学科的边界，结合科研与生活场景，建立不同学科知识点之间的联系，让学生们能从交叉科学角度认识和解决复杂问题，发现新可能、寻找新突破，拥有开拓‘未至之境’的勇气与毅力。”李松挺补充道。
为了进一步提高师生的学术敏感与科研能力，研究院每年组织众多学术会议和学术演讲，活跃的学术交流活动使研究人员和学子们能够迅速接触到国际学术前沿。目前已邀请2403位海内外专家学者进行学术交流或短期工作，组织学术报告195场。
“交大始终秉持国际化办学的理念，因此，我们经常会邀请国内外知名学者入校交流，也会为师生提供出国访问的机会。我们希望通过常态化的研讨交流，让老师和同学们拥有国际化视野，在合作实践中感受到科学研究的魅力，培养扎根中国、胸怀世界的国际创新人才。”金石表示。
