提取频率、增长或衰减、空间形状与权重,让动力学变得可读。
AI4S × S4AI
从数据中发现物理,
在物理中探索智能。
我们关心两个相互连接的问题:如何借助数据与学习方法理解复杂的物理系统?又如何借助物理结构,理解和构建学习系统?
AI for Science
让复杂的演化变得可读。
Science for AI
让学习的机制变得可理解。
把一段演化,拆成可理解的模式。
一段波的“电影”里,往往同时藏着多个节奏。Koopman 的算子视角与动态模态分解(DMD),帮助我们从连续快照中分离这些模式,读取它们的频率、增长与衰减,以及空间形状。

演化 → 模态 → 物理图景
一段数据,可以读出什么?
点击下面四个量,看看每个模态告诉我们什么。
它以什么节奏振荡?
同一个信号里可以叠加快慢不同的振荡。模态频率把这些节奏分开,帮助我们连接动力学与能带色散。
让光与电子,组成一张物理网络。
神经网络的计算能否发生在真实的波传播中?PINED-Net 探索光子诱导的近场电子相互作用:用光调控电子波,让信息经过多层物理过程,再从输出中读取。

- 01
输入信息
将信息带入电子波。
- 02
光驱动的物理层
光与电子相互作用,逐层调控波的状态。
- 03
传播与读出
经过连续物理过程,把输出转为可读的信息。
这是一项正在推进的研究。这里展示基本思路,具体实现与结果将在后续工作中介绍。
先了解 PINEM 的物理过程 ↗波为什么扩展开,又为什么停留?
拓扑关注整体结构如何影响波的行为;局域化关注波如何被限制在有限区域。我们希望把这些物理问题与数据中的动力学特征联系起来。

物理基础 · 多体局域化与费米液体
何金泽共同第一作者的工作,从扩展的费米液体准粒子与多体局域化中的局域守恒量出发,提出唯象对应,讨论正常态的失稳。这为比较不同多体态、思考可观测特征提供了物理线索。
阅读局域化论文 ↗展开论文中的数值示例
论文 Fig. 7 展示 12 自旋 XXZ 系统的示例。它用于说明动能、无序与相互作用之间的竞争;有限尺寸示例不是热力学极限下的严格相边界证明。

神经算子,究竟学到了什么?
预测下一帧只是起点。我们也想知道:网络怎样利用物理信息?学到的结构是否可解释?物理算符与波的传播,能否成为可训练的信息处理过程?
MH-RG DeepONet · 让物理信息参与学习
神经算子学习的是从一个函数到另一个函数的映射。这里,初始场与坐标进入分支和主干网络,物理描述量参与两路表征,再组合成对场演化的预测。多头结构提供了分析模型行为的一个切入点。
阅读 MH-RG DeepONet 论文 ↗
展开模型分析的论文原图
公开论文中的多头机制分析与噪声测试(Fig. 3、4)。模型是否可靠,需要结合测试条件和误差结果判断。

我们正在追问
物理信息如何帮助学习?
物理描述量能把与演化相关的结构带入模型。我们关心它们何时改善预测、何时帮助泛化,以及哪些信息真正起作用。
如何理解神经算子?
从模态、对称性与多尺度结构出发,能否解释模型如何组织信息?可解释性需要对照实验和可检验的机制,而不仅是可视化。
物理算符能拥有智能吗?
如果“智能”意味着可训练、可适应的信息处理,那么波传播和物理相互作用能承担哪些计算?PINED-Net 是对这一问题的探索;问题本身仍然开放。
沿着论文,继续探索。
Data-driven reconstruction of band dispersion and quantum geometry via Koopman dynamical mode decomposition ↗
Yiming Pan · Jinze He · Jiapeng Yang · Zhiwei Fan
Correspondence between many-body localization and Landau–Fermi liquid of weakly interacting electrons and its normal-state instability in solids ↗
Yiming Pan† · Jinze He† · Qiaofei Pan
Multi-Head Residual-Gated DeepONet for Coherent Nonlinear Wave Dynamics ↗
Zhiwei Fan · Yiming Pan · Daniel Coca
配图为概念示意,部分使用 AI 辅助重绘;数值结果与适用条件请以原论文为准。