Bắc Kinh biến nhà máy xi măng thành điểm hội tụ toán học toàn cầu như thế nào

Từ sàn nhà máy đến khuôn viên bên hồ Yanqi

Ở rìa phía bắc Bắc Kinh, một nhà máy xi măng cũ nay là nơi đặt trung tâm toán học phát triển sôi động. Viện Khoa học và Ứng dụng Toán học Bắc Kinh, gọi tắt là Bimsa, nằm bên hồ Yanqi, nhìn ra núi và vào những ngày trời quang có thể trông thấy Vạn Lý Trường Thành. Bên trong, các nhóm nghiên cứu tụ họp trong những căn phòng sáng sủa, cùng nghiên cứu hình học, đại số, trường lượng tử và lý thuyết dây. Khung cảnh yên bình, nhưng tham vọng rất lớn. Viện đã trở thành điểm gặp gỡ của các nhà toán học từ nhiều quốc gia, những người muốn có thời gian, cộng sự và nguồn lực để theo đuổi các bài toán hóc búa.

Bimsa phát triển nhanh chóng. Viện có hơn 200 nhà nghiên cứu toàn thời gian, trong đó khoảng một phần ba đến từ bên ngoài Trung Quốc. Các nhà toán học từ những quốc gia bất hòa, trong đó có Ukraine và Nga, làm việc cạnh nhau và cùng sử dụng bảng đen. Sức hút đối với các học giả đến thăm là điều dễ hiểu: họ mô tả quy mô hoạt động, sự kết hợp giữa các ngành và mật độ chuyên môn tại đây là điều hiếm thấy ở một khuôn viên duy nhất.

Viện được chính quyền thành phố Bắc Kinh và Đại học Thanh Hoa cùng hỗ trợ. Mô hình tài trợ này giúp xây dựng các gói đãi ngộ cạnh tranh cho cả nhà nghiên cứu cấp cao lẫn cấp đầu sự nghiệp; theo tài liệu của viện và thông báo tuyển dụng, mức lương dao động từ 700.000 đến 3,5 triệu nhân dân tệ mỗi năm. Nguồn lực ấy đi kèm cơ cấu tổ chức giúp giảm thiểu công việc hành chính, để giảng viên dành phần lớn thời gian cho nghiên cứu và hội thảo.

Tầm nhìn này phản ánh dấu ấn của nhà toán học Shing-Tung Yau, trưởng khoa sáng lập kiêm chủ tịch viện, người từng đoạt Huy chương Fields và có công trình làm thay đổi lĩnh vực hình học vi phân và vật lý toán học. Uy tín quốc tế của ông giúp thu hút các nhà nghiên cứu dày dạn kinh nghiệm và tài năng đang lên, đồng thời kết nối Bimsa với mạng lưới các viện nghiên cứu và hội nghị toàn cầu.

Bimsa là gì và hoạt động ra sao

Bimsa định vị mình là một khuôn viên nghiên cứu cởi mở, tập trung vào cả nghiên cứu cơ bản lẫn ứng dụng. Khoảng một nửa hoạt động của viện tập trung vào toán ứng dụng, một phần tư vào toán thuần túy, phần còn lại thuộc các lĩnh vực liên ngành như trí tuệ nhân tạo và khoa học dữ liệu. Khuôn viên thường xuyên tổ chức hội thảo chuyên đề, hội nghị chuyên môn và nhóm đọc sách, thúc đẩy hợp tác giữa các nhóm và lĩnh vực.

Đa dạng nghiên cứu ở quy mô lớn

Các hướng nghiên cứu bao gồm hình học đại số, tô pô đại số, giải tích và hình học, lý thuyết số, vật lý toán học và thuyết tương đối rộng, trường lượng tử và dây, đối xứng lượng tử, mật mã học, toán tính toán, thống kê và xác suất. Ở mảng ứng dụng, giảng viên nghiên cứu học máy, tối ưu hóa, thuật toán cho tính toán khoa học và mô hình toán học của các hệ thống phức tạp, trong đó có những dự án liên quan đến kinh tế số.

Các buổi sinh hoạt hằng tuần nhằm giúp các nhà nghiên cứu nắm bắt tiến triển ngoài chuyên ngành của mình. Tại đây, giảng viên từ nhiều lĩnh vực trình bày những kết quả và kỹ thuật gần đây quan trọng nhất. Mục tiêu là khơi gợi ý tưởng và hợp tác mới, đồng thời rút ngắn thời gian để một đột phá trong lĩnh vực này được ứng dụng ở lĩnh vực khác.

Nhà vật lý lý thuyết người Hàn Quốc Kimyeong Lee, từng làm việc tại Mỹ và châu Á, nhấn mạnh quy mô và cường độ trao đổi hằng ngày ở Bimsa. Ông nhận xét rằng các trường lớn ở Mỹ có nguồn lực dồi dào, nhưng các khoa nhỏ hơn đôi khi có thể cảm thấy cô lập. Theo ông, trải nghiệm thường nhật tại Bimsa lại khác.

Ở Mỹ có nhiều trường đại học xuất sắc, nhưng các cơ sở nhỏ hơn có thể đem lại ít cơ hội. Tại Bimsa, sự tương tác diễn ra ở khắp nơi.

Đào tạo và nguồn nhân lực kế cận

Nhiều nhà nghiên cứu Bimsa cũng giảng dạy tại Học viện Qiuzhen của Đại học Thanh Hoa, mở cửa năm 2021 nhằm đào tạo sinh viên hướng đến sự nghiệp nghiên cứu toán học. Các giảng viên nhận xét sinh viên rất có động lực và tiếp thu nhanh tài liệu mới, cho thấy Bắc Kinh đang xây dựng nguồn nhân lực kế cận dồi dào cho đội ngũ giảng viên tương lai và các nhà nghiên cứu trong ngành.

Nhà toán học người Nga Semen Artamonov, giảng dạy tại viện, mô tả ngắn gọn nhịp độ trong lớp học.

Cứ như thể các em đã biết tài liệu này rồi và đến đây để học nội dung ở trình độ cao hơn.

Sân khấu toàn cầu: Đại hội Quốc tế về Khoa học Cơ bản

Từ năm 2023, Bimsa đăng cai Đại hội Quốc tế về Khoa học Cơ bản, sự kiện kéo dài hai tuần quy tụ những người đoạt Huy chương Fields, Giải thưởng Turing, giải Nobel cùng các học giả trong lĩnh vực toán học, vật lý và khoa học máy tính. Chương trình gồm các bài giảng, thảo luận nhóm và lễ trao giải nhằm tôn vinh những công trình có ảnh hưởng cùng đóng góp trọn đời. Trong số các nhà tổ chức và thành viên ban tổ chức có những nhân vật hàng đầu trong cả toán học lẫn vật lý.

Đại hội trao giải Frontiers of Science, ghi nhận các công trình nổi bật trong những năm gần đây ở lĩnh vực toán học, vật lý lý thuyết và khoa học máy tính. Trong số những người nhận giải tại kỳ đại hội đầu tiên có các nhà toán học Máté Matolcsi và László Végh, với những công trình thu hút sự chú ý rộng rãi trong lĩnh vực của họ, bao gồm các tiến bộ trong việc giải những bài toán tồn tại lâu năm và các đột phá về thuật toán. Giải thưởng thành tựu trọn đời được trao cho những học giả có đóng góp định hình toàn bộ các nhánh nghiên cứu.

Nhà vật lý lý thuyết người Iran Mohammad Hossein Yavartanoo, hiện là giáo sư tại Bimsa, mô tả quy mô sự kiện một cách giản dị.

Đó là một sự kiện rất lớn. Tôi chưa từng thấy điều gì tương tự ở bất cứ nơi nào trên thế giới.

Những sự kiện như đại hội giúp các nhà nghiên cứu trẻ có cơ hội tiếp xúc tập trung với những chuyên gia hàng đầu trong lĩnh vực của họ, đồng thời củng cố văn hóa học thuật của khuôn viên thông qua các buổi cùng giải bài toán và khóa học chuyên sâu. Với Bimsa, đây cũng là tín hiệu gửi đến cộng đồng rộng lớn hơn rằng Bắc Kinh muốn trở thành điểm giao thoa của nghiên cứu cơ bản, chứ không chỉ là nơi thực hiện các dự án ứng dụng có lợi ích thương mại trong ngắn hạn.

Hợp tác xuyên biên giới giữa xung đột

Đời sống thường nhật tại Bimsa có sự hợp tác giữa các nhà toán học đến từ những quốc gia vốn xa cách nhau. Viện chủ trương chào đón các nhà nghiên cứu từ Ukraine và Nga, đồng thời mở rộng tinh thần đó sang các quan hệ đối tác giữa các tổ chức. Một ví dụ là dự án Hình học và Vật lý được triển khai cùng Đại học HSE ở Moscow, tập trung vào đối xứng gương đồng điều và hình học đại số song hữu tỷ. Hoạt động hợp tác này gồm các hội nghị tại Bắc Kinh và Moscow, kết hợp hình thức trực tiếp và trực tuyến để quy tụ các học giả kỳ cựu cùng các nhà nghiên cứu đầu sự nghiệp.

Tháng 11/2024, một hội nghị chung về hình học đại số và vật lý toán học quy tụ hơn 30 nhà toán học, trong đó có ba người đoạt Huy chương Fields tham gia diễn thuyết. Phần đáng kể của chương trình dành cho nghiên cứu sinh tiến sĩ và nghiên cứu viên sau tiến sĩ từ Trung Quốc và Nga trình bày công trình mới, đồng thời học hỏi từ các chuyên gia kỳ cựu. Cách tiếp cận là tạo nền tảng cho hợp tác dài hạn thông qua các sự kiện tổ chức định kỳ và dự án chung, thay vì chỉ những chuyến thăm đơn lẻ.

Valery Gritsenko, trưởng Phòng thí nghiệm Quốc tế về Đối xứng gương và Dạng tự đẳng cấu của Đại học HSE, tóm lược giá trị đào tạo của các chương trình này đối với những học giả trẻ.

Đây là một trải nghiệm học tập tuyệt vời cho thế hệ nhà toán học mới.

Với từng nhà nghiên cứu, sức hút của nơi này không chỉ nằm ở nhân tài mà còn ở thời gian. Nhà toán học người Ukraine Yevgen Makedonskyi nhấn mạnh sự tự do tập trung nghiên cứu mà ông tìm thấy tại khuôn viên bên hồ Yanqi.

Bimsa là một trong số ít nơi trên thế giới mà tôi có thể làm toán và hầu như không phải lo lắng về bất cứ điều gì khác.

Kinh phí, tiền lương và cuộc đua thu hút nhân tài

Chế độ đãi ngộ và hỗ trợ của Bimsa giúp viện cạnh tranh để thu hút những tên tuổi đã thành danh cũng như giảng viên trẻ đầy triển vọng. Các thông báo tuyển dụng công khai nêu mức lương từ 700.000 đến 3,5 triệu nhân dân tệ mỗi năm, cùng hỗ trợ nghiên cứu, nhà ở và cơ hội nhận tài trợ. Viện tiếp tục mở rộng các nhóm nghiên cứu và vị trí tuyển dụng, từ nghiên cứu viên sau tiến sĩ đến giáo sư.

Môi trường khuôn viên cũng là một sức hút. Việc ở gần Trung tâm Khoa học Toán học Yau của Đại học Thanh Hoa tạo điều kiện tổ chức hội thảo chung, đồng hướng dẫn sinh viên và triển khai dự án liên cơ sở. Vị trí gần núi mang lại không gian yên tĩnh để nghiên cứu, còn khu khoa học Hoài Nhu xung quanh đã phát triển thành cụm viện và phòng thí nghiệm về khoa học cơ bản.

Trong thập kỷ qua, Trung Quốc đã tăng nguồn lực dành cho nghiên cứu cơ bản, đồng thời đạt nhiều thành tích hơn trong các bảng xếp hạng đại học về khoa học tự nhiên và kỹ thuật, cũng như triển khai các chương trình từ thiện dài hạn mới cho khoa học cơ bản. Bối cảnh này vẫn phụ thuộc nhiều vào hỗ trợ của chính phủ, nhưng các chương trình ngoài nhà nước ngày càng hiện diện rõ hơn. Những xu hướng đó giúp các viện như Bimsa dễ dàng hoạch định chương trình nhiều năm trong toán thuần túy và toán ứng dụng, đồng thời tuyển dụng quốc tế bằng những đề nghị cạnh tranh.

Vì sao toán học, AI và công nghiệp ngày càng hội tụ

Trong kỷ nguyên AI, nhiều bài toán phức tạp nhất phụ thuộc vào những hiểu biết sâu sắc về toán học. Wu Rongling, phó giám đốc Bimsa, cho rằng năng lực làm chủ AI tiên tiến không chỉ phụ thuộc vào việc mở rộng dữ liệu hay năng lực tính toán. Ông gắn mục tiêu nghiên cứu của viện với các mục tiêu chiến lược rộng lớn hơn của Trung Quốc trong lĩnh vực công nghệ.

Theo Wu, nền tảng toán học vững chắc là điều thiết yếu để tự chủ đổi mới các khuôn khổ và công cụ AI. Ông diễn đạt quan điểm này một cách đơn giản.

Chỉ khi tự làm chủ toán học, chúng ta mới có thể phát triển các khuôn khổ AI của riêng mình.

AI hiện đại dựa vào đại số tuyến tính, xác suất và tối ưu hóa. Những công cụ đó là bước khởi đầu, nhưng nhiều vấn đề trong công nghiệp và khoa học liên quan đến những cấu trúc mà các mô hình tiêu chuẩn không thể nắm bắt. Chẳng hạn, các ràng buộc cứng trong động lực học phân tử, tính đối xứng và các định luật bảo toàn trong vật lý, hay những ràng buộc tô pô trong vật liệu đều khó có thể được mô hình học hỏi nếu thiếu cấu trúc toán học định hướng. Khi các cấu trúc ấy được tích hợp vào kiến trúc mô hình và mục tiêu huấn luyện, hệ thống có thể học hiệu quả hơn với ít dữ liệu hơn và bớt mong manh.

Wu mô tả thách thức hiện nay là khoảng cách giữa độ phức tạp của các vấn đề trong thế giới thực và sự đơn giản của nhiều mô hình đang được triển khai. Theo ông, bước tiếp theo là đưa toán học tiên tiến vào cốt lõi của các hệ thống AI để xử lý những ràng buộc đó và giảm khối lượng tính toán lớn mà phương pháp huấn luyện vét cạn thường đòi hỏi.

AI hiện nay sử dụng toán học cơ bản, nhưng các vấn đề thực tế rất phức tạp. Vấn đề phức tạp cần công cụ phức tạp.

Lợi ích thiết thực có thể bao gồm phát hiện thuốc nhanh hơn nhờ mô hình hóa phân tử tốt hơn, dự báo đáng tin cậy hơn về khí hậu và các hệ chất lưu, hoặc cải thiện thiết kế trong khoa học vật liệu và kỹ thuật. Những lĩnh vực đó phù hợp với mối quan tâm của một số nhóm tại Bimsa cũng như các chương trình ứng dụng ở Thanh Hoa và những cơ sở đối tác.

Hoạt động tiếp cận, bảo tàng và kết nối công chúng

Bimsa nỗ lực xây dựng văn hóa nghiên cứu bắt đầu từ sớm. Giảng viên tham gia các cuộc thi dành cho học sinh, trại hè và hội thảo chuyên đề do Trung tâm Khoa học Toán học Yau của Đại học Thanh Hoa tổ chức. Khuôn viên đã mở Bảo tàng Toán học hồ Yanqi với các hoạt động trưng bày tương tác dành cho học sinh và khách tham quan, giúp giải thích những ý tưởng nền tảng và bài toán nổi tiếng. Nỗ lực này nhằm giúp công chúng dễ tiếp cận toán thuần túy hơn và truyền cảm hứng cho các nhà nghiên cứu tương lai.

Ở mảng ứng dụng, các phòng thí nghiệm của Bimsa đã triển khai dự án cùng các đối tác trong ngành và chính phủ. Ví dụ gồm các chỉ số và công trình mô hình hóa trong kinh tế số, lĩnh vực mà việc đo lường và phương pháp thống kê có ý nghĩa quan trọng đối với chính sách và doanh nghiệp. Các chương trình này giúp sinh viên tiếp xúc với dữ liệu và những ràng buộc thực tế, đồng thời giữ cho nghiên cứu bám sát các nguyên lý nền tảng.

Những thách thức cần theo dõi

Đà phát triển nhanh chóng của Bimsa cũng đi kèm thách thức. Hợp tác khoa học quốc tế tiếp tục chịu tác động của căng thẳng chính trị, biện pháp kiểm soát xuất khẩu và rào cản thị thực. Hội nghị, phòng thí nghiệm chung và chương trình trao đổi sinh viên cần các kênh ổn định cùng quy định có thể dự đoán để duy trì đà hợp tác. Hoạt động ngoại giao học thuật rộng lớn hơn của Bắc Kinh đã giúp viện có các đối tác, trong đó có những trường đại học trên khắp châu Á và châu Âu, nhưng để duy trì sự cởi mở ấy cần tiếp tục quan tâm.

Lãnh đạo khuôn viên ưu tiên bảo đảm các nhà nghiên cứu không phải gánh nặng hành chính quá mức và không bị can thiệp chính trị. Duy trì tiêu chuẩn đó trong khi viện phát triển sẽ là phép thử đối với công tác quản trị nội bộ. Tuyển dụng giảng viên đa dạng, hỗ trợ người mới hòa nhập thuận lợi, cũng như cân bằng nghiên cứu thuần túy và ứng dụng ở quy mô lớn là những vấn đề thực tiễn đi kèm với sự phát triển.

Nguồn kinh phí ổn định cũng là một yếu tố cần tính đến. Ngân sách chính phủ đã hỗ trợ sự phát triển của viện, còn các chương trình từ thiện mới ở Trung Quốc đang tăng hỗ trợ cho nghiên cứu cơ bản thông qua các khoản tài trợ nhiều năm. Xây dựng được nguồn tài trợ dài hạn rộng hơn sẽ giúp hoạch định chu kỳ tuyển dụng, các hội nghị lớn và dự án dài hơi vốn không phù hợp với khung thời gian tài trợ hằng năm hoặc ngắn hạn.

Điểm chính

• Bimsa ở phía bắc Bắc Kinh đã biến một nhà máy xi măng cũ thành khuôn viên toán học sôi động, với hơn 200 nhà nghiên cứu toàn thời gian và sự hiện diện quốc tế mạnh mẽ.
• Viện được chính quyền thành phố Bắc Kinh và Đại học Thanh Hoa hỗ trợ, đồng thời đưa ra các gói đãi ngộ cạnh tranh để thu hút nhân tài toàn cầu.
• Nghiên cứu trải rộng từ toán thuần túy, toán ứng dụng đến các lĩnh vực liên ngành như AI, khoa học dữ liệu và vật lý toán học.
• Từ năm 2023, Bimsa đăng cai Đại hội Quốc tế về Khoa học Cơ bản, sự kiện lớn quy tụ các học giả hàng đầu và trao giải Frontiers of Science.
• Các quan hệ đối tác, trong đó có dự án Hình học và Vật lý với Đại học HSE, hỗ trợ tổ chức hội nghị chung và chương trình đào tạo cho các nhà nghiên cứu đầu sự nghiệp.
• Lãnh đạo viện nhấn mạnh nền tảng toán học vững chắc là chìa khóa để tự chủ phát triển AI và mô hình hóa các vấn đề phức tạp trong thế giới thực.
• Các chương trình tiếp cận cộng đồng, bảo tàng toán học và cuộc thi dành cho học sinh góp phần đào tạo thế hệ nghiên cứu tương lai và kết nối lý thuyết thuần túy với công chúng.
• Những thách thức chính gồm duy trì hợp tác quốc tế cởi mở, bảo đảm tính độc lập trong nghiên cứu và đa dạng hóa các nguồn tài trợ dài hạn.