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物理与虚拟现实:物理学家张首晟加入蚁视ANTVR

美籍华裔物理学家、斯坦福大学教授、清华大学高等研究院教授张首晟博士,近日又为他的事业选择了一个新的领域——被誉为“未来计算平台”的虚拟现实。现在他的新身份是中国首家虚拟现实科技公司,ANTVR蚁视科技的首席科学家。

在日常观念里,物理学改变世界的方式总是深远但缓慢,比如量子力学的发现与半导体的设计相差了数十年。而在互联网背景下的现代工业社会,学术界与工业界的合作日趋紧密,发明和发现的速度也越来越快。现在,代表人类知识最前沿的物理学界和当下最热门的虚拟现实又诞生的这一起新的合作,让我们不禁遐想会擦出怎样的火花。

任职于斯坦福的张教授是当前理论凝聚态物理世界范围内的领军人物,他的成名作便是在2006年预言了“拓扑绝缘体”的存在。拓扑绝缘体是一种性质独特的新材料,材料内部与平常的绝缘体无异,即不导电;而它的表面却是和导体一样能导电,但非寻常的导体,因为电子在其中运动时不会被杂质散射。

想要明白这种材料的巨大潜力,就要知道当今工业界使用的导体存在哪些问题。无论什么材料,其中的杂质和材料本身的缺陷都是不可能避免的。而电子在材料中运动的时候,会被那些杂质和缺陷“散射”,即产生能量的损耗。这是电子器件功耗越来越大,发热量也越来越大的根本原因。当芯片的集成度到达一定规模时,其发热量也会变得惊人,笔者至今还记得奔腾4接近130W的发热功耗(提醒一下,一个成年人的功耗也就在100W左右)。所以,信息工业的基础之一,“摩尔定律”必定会在物理世界中受到限制。

拓扑绝缘体之所以受到学术界和工业界的高度重视,就是因为电子在它的表面运动时,几乎不会被杂质或者缺陷散射,从而大大地降低了能量的损耗。解释拓扑绝缘体需要一定的现代物理学知识,但是笔者可以尝试举个形象的例子:普通导体里的电子就像是一群横冲直撞乱跑的孩子,在通过一座狭窄的小道时遇到障碍物(对应导体材料中的杂质或者缺陷),肯定会发生推挤。然后人群就在局域产生了拥堵,他们通行的效率自然也就下降了。拓扑绝缘体中的电子则更像是一只纪律严明的军队,他们排好队列,在指挥下快速前进,即便遇到障碍物也能在保持队形的情况下快速通过。在这样的材料中,电子的能耗可以降低几十甚至上千倍,芯片的集成度自然也可以提到上千倍,摩尔定律将继续延续。

张教授和他的科研团队在2006年预言了拓扑绝缘体中“电子大军”的存在。在2010年,他们的预言得到了实验的证实。张教授凭此也是获奖无数,包括凝聚态物理含金量最高的奖项“奥利弗·巴克利凝聚态物理奖”和理论物理的最高荣誉“狄拉克奖”。如今,他的学术身份已是美国科学院院士、中国科学院外籍院士,而我们也大可期待他的下一个大奖——诺贝尔物理学奖。

说了这么多张教授的本行工作,是该看看他所选择的新方向了。虚拟现实给人的感觉是突然就火了起来。这种为人类感官创造虚拟享受的技术让一切可能的世界成为“现实”,通过这项技术,每个人都有可能成为“虚拟世界”的设计师,并且亲身、甚至是呼朋唤友一起体验自己的杰作。

美国社交网站脸书(Facebook)几个月前看到了这项技术的光明前景,豪掷二十亿美金买下了oculus。在中国,早在去年年底,就有一支虚拟现实创业团队在寻求启动资金,而在几个月前他们的团队才被曝光:ANTVR蚁视科技。他们的虚拟现实产品ANTVR KIT如今正在全球最大的众筹平台Kickstarter上进行筹资,并早早地实现筹资目标(20万美元)。如此可见,资本市场和消费市场对虚拟现实技术的需求是巨大的,甚至是饥渴的。而虚拟现实技术本身还远远谈不上成熟和普及,所以这种多家竞争的形势必然有利于虚拟现实的发展,也是消费者希望看到的。

张教授此次加入蚁视科技担任首席科学家,虽然不知道会为虚拟现实技术带来怎样的新意,但新领域的发展总是从吸引顶尖人才开始的。张教授在物理领域表现出的杰出才能,或许能为这项技术提供新的突破,可能是更快的计算速度(意味着低延迟),也可能是更轻巧的电子元件(便携性)。但至少,他的加入也证明了虚拟现实的未来不是梦!

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责任编辑:陈晨
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