IIIS
揭秘
科研年会博士生学术论坛
背后的科研故事
交叉信息院一年一度的科研盛宴ResearchFestival将于12月24日震撼来袭。本次科研年会将与博士生论坛联袂主办，多位交叉信息院优秀研究生受邀做学术报告，其中包括年“微软学者”奖学金获得者潘玲、年清华大学研究生特等奖学金及年国家奖学金双料得主马雨玮，以及年国家奖学金获得者王同翰、张林峰、曾培等。
近期，我院研究生马雨玮、曾培、张林峰及王同翰四位同学喜获国家奖学金。4位优秀的研究生，也将受邀在科研年会及博士生论坛上分享各自最新的科研成果。
获奖名单LIST
级硕士生
王同翰
级直博生
张林峰
级直博生
马雨玮
级直博生
曾培
套用列夫托尔斯泰在《安娜·卡列尼娜》的开场白“优秀的属性是相似的，不同的获奖者各有各的不同”。4位不同的国奖获得者，虽各有千秋，但却有着高度相似的一面。不论是来自计算机方向还是来自物理方向，严谨的治学态度和对科研的热爱，是四位获奖者最大共性。
part1专注科研
01前沿多样的研究方向
王同翰
机器智能
实现通用人工智能以及利用人工智能技术满足实际应用的需求，需要智能算法的创新和与实际问题之间差距的消除。现实生活中的许多人工智能问题，例如机器人集群、路由器网络等，都涉及到多个智能体的协作。
张林峰
神经网络压缩与加速，计算机视觉
当前依托于神经网络的人工智能技术已经在各个领域取得了突破。然而，这些神经网络模型往往有着海量的参数量和计算量，在使用时消耗大量的能源。这一问题严重限制了神经网络在现实场景中的应用。张林峰的研究的方向为“知识蒸馏”，是一种压缩、加速神经网络的方法。通过对神经网络进行压缩和加速，使AI模型其可以在无人驾驶等现实应用场景下得以运行。
马雨玮
超导量子计算
量子计算需要量子纠错来对抗环境对于物理比特的干扰，然而传统的多比特编码需要数千个物理比特来编码一个逻辑比特，目前难以实现。而利用谐振子势中无限的希尔伯特空间进行量子纠错的玻色编码，因为其错误的单一性，能够使用单个谐振腔就能进行纠错并取得不错的效果。
曾培
量子通信，量子系统标定
量子密钥分发是目前量子信息领域最为成功的应用，其利用量子物理的基本原理来产生信息理论安全的密钥。目前，该领域的核心问题是如何基于现有的商用设备来实现长距离，高速率的密钥分发，这对于以后搭建量子互联网也有重要意义。
02亮眼创新的科研成果
王同翰
论文代表作
7篇学术论文
5篇发表于国际顶级机器学习会议
专利
1项发明专利
ICLRSpotlightpaperNeurIPSSpotlightpaper
王同翰的研究主要为解决合作学习中的诸多问题，例如学习的收敛性、协作策略的可扩展性、以及如何实现高效的协作策略学习。王同翰的研究目标是提出创新的模型和方法以实现有效且可扩展的多智能体合作学习。他的研究课题包括交流或语言涌现（ICLR，NeurIPSSpotlight），协作探索和学习算法（ICLRSpotlight，ICLR在审，AAMAS），和基于角色的合作学习（ICML，ICLR在审）。研究代表作为ROMA（ICML）。
图7ROMA学习到的动态角色
图8ROMA学习到的不同角色
图9ROMA学习框架中，角色的涌现和演化
角色的概念为设计和理解复杂的多智能体系统提供了有效途径，但现有的基于角色的方法使用领域知识预定义角色的行为。多智能体强化学习（MARL）提供了灵活、可泛化性的学习模型，但在复杂任务中效率低。在ROMA中，我们将这两个学习范式进行了互补。ROMA激励角色的涌现和学习，并使具有相似角色的智能体倾向于共享其经验和学习。实验表明，ROMA可以学习行为分化的，动态的和可识别的角色，这帮助其在星际争霸II微管理基准上取得目前最先进性能。
张林峰
论文代表作
3篇一作
2篇共同一作
专利
6项发明专利正在申请中
均为导师外第一申请人
以神经网络为基础的人工智能模型迅速发展，在各个领域取得了重大突破。现有的神经网络模型往往有着海量的参数量和计算量，然而现实应用中手机、无人驾驶汽车等终端设备的计算、存储能力非常有限。想要让神经网络模型真正落地应用，就必须对模型进行压缩与加速。张林峰所提出的自蒸馏系列算法以更高的压缩加速比、更鲁棒的模型两个方向切入，成功实现在不损失任何模型精度的前提下，对神经网络压缩7.7倍，加速3.1倍，提高自然鲁棒性30.2%，在目标检测任务上提高平均精度2.9AP。在图像分类，目标检测两个任务上均保持者当前知识蒸馏算法的最优效果。
图5自蒸馏算法
此外，张林峰的研究成果也有着重要的产业应用价值。该算法已经在组内自研的启明系列人工智能加速芯片上得到应用。通过自蒸馏算法对ResNet模型进行11.02倍的压缩，使其可以部署到启明芯片上运行。实验显示，该芯片最高能效比达到了8.1TOPS/W。
图6AI加速芯片：启明，启明
此外，张林峰及研究组与华为海思半导体有限公司开展深度合作，用自蒸馏系列算法对华为手机摄像头相关的AI应用进行压缩和加速。
马雨玮
论文代表作
1篇一作
4篇共同一作
12篇合作
马雨玮主要研究量子纠错的物理实现。年，马雨玮及研究组首次在二项式码上实现了玻色编码的量子纠错和普适单比特量子门，这是近几年在量子纠错方面的一个重要进展。在此实验基础之上，他们又实现了在两个逻辑比特上的控制相位门，这就意味着，马雨玮及研究组能够实现在逻辑比特层面上的普适量子计算。
图4玻色编码的量子纠错
玻色编码是个新兴领域，对于在玻色编码上如何实现容错的量子门，还很少有理论研究。马雨玮创造性地开发了一种新技术，通过非共振地激发辅助比特，能够调控任意光子数态的频率，这样就能调节代码空间和错误空间的频率，使其相同，实现容错的单逻辑比特相位门。他通过实验证明了这种「错误透明」的量子门可以容忍在门操作过程中发生的错误。现在，马雨玮将研究聚焦于如何进一步的提升容错操作的保真度。
曾培
论文代表作
8篇国际杂志论文
2篇一作
2篇共同一作
专利
2项发明专利
曾培主要从事量子通信和量子系统标定方面的工作。在量子通信方面，他的工作主要解决提升量子密钥分发实用性能的问题。量子密钥分发利用量子物理的基本原理来产生安全的密钥，是目前量子信息领域最为成功的应用。曾培及研究组设计了首个突破线性成码上界的相位匹配密钥分发协议，并改进和推广了安全性分析方法，完成了有限码长下的安全性证明。他和实验团队合作完成了该协议的实验实现，首次将无中继的光纤量子通信距离提升到了公里以上，相关工作推动了量子通信发展，在央视《新闻联播》上报道。
图1相位匹配量子密钥分发协议示意图
图2相位匹配协议的数值模拟和实验成码率
在量子系统标定方面，曾培及研究组