2026年 05期
编者按
胡震;王青;<正>百年树人，物理为基。2026年，清华大学物理系迎来百年华诞。物理系自1926年叶企孙先生在清华创建物理系以来，走过了战火纷飞中的西南联大时期，经历了1952年院系调整后的曲折发展，至1982年复系并逐步走向复兴，如今已经成为国内发展最快、最好的物理系之一。百年来，从这里走出了十位“两弹一星”元勋、数十位院士及大批行业领军人才，在基础研究和高技术领域不断书写华章。值此承前启后之际，《物理与工程》编辑部特别策划本期专刊，集中呈现物理系近年来在人才培养模式革新、AI驱动的物理研究、实验教学体系优化以及前沿技术应用等方面的探索性成果，既是对百年学脉的梳理，亦是对未来发展的前瞻。
解决深层次问题——探索世界一流大师成长之道
朱邦芬;基础学科拔尖创新人才的自主培养，特别是物理学科，是决定我国科技竞争力和长远发展的重要因素。然而，当前人才培养面临急功近利、应试教育、文化传统抑制创新、国际交流受阻以及人工智能冲击等多重深层次问题，亟需从理念到制度作出系统性回应。本文总结清华大学拔尖计划1.0至2.0的实践经验，围绕国家育人现状、“钱学森之问”的当下回答、中国科技进步特征、人工智能时代高校教学如何深入改革等问题，从国内外社会环境、师生精神层面提出若干人才培养的建议和指导。本文再现回顾朱邦芬院士对“以独立之精神，自由之思想”为核心培育面向未来的原始创新人才的报告全程。
AI对教育根本逻辑的重构（第一篇）——知识传授功能的颠覆性变革
王青;本文立足人工智能（AI）快速发展的时代背景，指出探讨教育长远走向的时代必然性，强调AI对教育的影响正持续加深，未来AI将成为教育核心主导，真人教师需寻求与AI的共生之道。本文结合杰弗里·辛顿的观点与国家“人工智能+”行动规划，阐明人类发展AI的必然性及中国教育智能化与教育强国建设的同步性。核心分析了AI对教育底层逻辑的冲击，即学生可凭借兴趣与AI交互完成从无知到深知的学习过程，教育的知识传授功能将被AI逐步取代，能力培养的核心地位也将长期弱化，传统教育模式的诸多要素将发生质的改变。本文作为系列文章总括，明确选取未来教师、未来课堂、未来学校、未来学习中心四大维度展开分析的逻辑，且系列文章将按照从微观到宏观、从局部到整体的递进顺序，依次探讨未来教师、未来课堂、未来学校、未来学习中心，为后续四篇研究奠定理论基础与框架指引。
追逐原子核反应最初的那束光
许俊怀;肖志刚;原子核由质子和中子构成，组成原子核的质子和中子大多数时候受整体核力环境支配并产生运动，通常称之为费米运动。这些中子和质子，偶尔会在极短距离内形成转瞬即逝的“搭档”，并获得异常大的相对动量，物理学家称之为短程关联。这样的搭档不能被直接“拍照”，却会在重离子碰撞早期留下线索：跑得特别快的中子和质子相遇时，更容易放出高能伽马光子，使伽马能谱的高能端被抬高、变“硬”。近期的锡-锡碰撞实验利用这一线索，通过测量碰撞产生的高能轫致辐射光子，结合输运模型、探测器校准和背景检验，推断锡-124原子核中约20%的核子具有与短程关联相关的高动量成分。该结果为研究原子核内部短距离运动提供了一种新的、与电子散射和强子敲出互补的方法，也让低能重离子碰撞成为探测核内核子运动形态与基态核结构特征的新窗口。
量子安全直接通信
张飞昊;龙桂鲁;量子安全直接通信是以量子态为载体，直接安全传输信息的量子通信技术，由清华大学团队于2000年首次提出。量子通信泛指通过使用量子态完成信息传输的技术，按量子态传输的内容不同可分为三类：传输随机数的量子密钥分发、传输经典信息的量子安全直接通信、传输量子信息的量子隐形传态。经过20余年发展，量子安全直接通信逐步成熟并走向应用：建立了适配高损耗、高噪声及高安全要求场景的通信理论体系，完成了光纤与自由空间中的量子直接通信实验演示，建成城域、城际及组网三个量子安全直接通信里程碑系统，并在5G专网、银行等多种场景成功试用。量子安全直接通信具备多种用途：通过窃听感知而避免信息泄露，保障信息安全；通过监听感知定位暴露位置，为预防定点清除、保护指挥员人身安全提供技术支撑；还可通过感知侵入与篡改行为，为网络安全提供新型防护。目前，量子安全直接通信已被纳入中国、欧盟及美国的相关规划文件，正在快速发展。本文将简述量子直接通信的发展历史、基本原理、研究进展与未来展望。
物理第一性AI：从物理通向智能
罗迪;人工智能与物理学正进入深度交叉融合的新阶段。长期以来，物理学不仅为人工智能的发展提供了对称性、统计力学、量子理论等重要理论基础，也不断推动智能模型、训练优化与计算范式的创新；与此同时，随着人工智能系统复杂性的持续提升，其运行机理与演化规律也逐渐成为物理学关注和研究的新对象。在此背景下，本文提出物理第一性AI(Physics-first AI)这一概念，将人工智能视为运行于客观物理世界中的复杂信息处理系统，从物理学的基本原理与研究思想出发，系统理解、设计并优化AI的模型结构、训练机制、计算方式与推理范式，形成一种新的人工智能研究范式。本文系统梳理了人工智能与物理学交叉发展的理论脉络，并围绕结构先验、统计力学、量子理论和物理推理四个方面，阐述物理学推动新一代人工智能发展的理论基础与潜在路径，进一步讨论人工智能时代物理教育的发展方向。物理第一性AI有望为人工智能基础理论的发展提供新的物理视角，并推动科学智能、自主科学发现和未来通用人工智能的发展。
以人工智能窥探粒子的奥秘
赵一扬;胡震;高能物理实验研究周期长、知识门槛高，受限于人力，大量对撞数据难以得到充分的挖掘与分析。以大语言模型为基础的智能体能够编写代码、检索文献并执行多步分析，为突破困境提供契机。本文聚焦Just Furnish Context(JFC)智能体框架，分析其完成的CMS实验H→τ+τ~-信号强度测量、ALEPH实验Lund喷注平面密度测量等结果，及其对高能物理研究的意义；同时概括其当前局限性，并展望基准数据集构建、下一代大科学装置数据处理、人才培养的发展前景。
高温超导微波滤波器研究和应用进展
魏斌;陆泊宇;蒋逸凡;郭旭波;宋飞;本文回顾了清华大学物理系在高温超导微波滤波器设计、研制及应用方面的研究工作。介绍了高温超导微波滤波器研究现状，研究团队在窄带超导滤波器、宽抑制特性超导滤波器、双通带和三通带超导滤波器、宽带超导滤波器等方面的研制工作，以及高温超导滤波器在移动通信基站中的应用研究。
NuSEP平台在AI时代下的发展
顾晨;张留碗;赖凌峰;魏斌;李岩松;安宇;张尚剑;陈信义;王青;王宇航;丁小冬;王志;张睿;王澎;韩昀晓;马泊一;任乃敬;李婉婷;李国瑞;NuSEP数智仿真实验平台自2024年上线至今已逾两年。这两年最显著的变化，是AI技术对教育领域带来的深刻且结构性的变革，其影响之广、程度之深，远超预期。本文聚焦AI时代背景下NuSEP平台的发展历程、应用实践、经验得失，并对未来方向进行前瞻性展望。
开阔视野打牢基础学会实践理解创新——谈清华大学近代物理实验课程的定位与教学实践
孙文博;陈宜保;陈正宇;王秀凤;陈宏;张留碗;在高校实验教学中，“重操作轻设计”“重结果轻过程”“重细微轻视野”等问题成为制约人才培养质量的核心痛点。针对该问题，清华大学近代物理实验课程教学团队以国家人才战略为纲、清华特色为本、学生未来深造及工作单位用人需求为立足点，确立了“开阔视野、打牢基础、学会实践、理解创新”的课程目标。为促进目标的有效贯彻实施，团队构建了精细化教学匹配体系，包含三大核心举措：一是开展前沿物理实验载体建设，并梳理出凝聚态物理、量子物理、光学相关三大领域的实验链条，构造了课程展现学术技术脉络的“经线”体系；二是适应不同学生学情，推出“基础型（6个常规实验）”“导引型（N+X拓展研究）”“进阶型（1个自由实验）”三种选课模式，实施关注成长增量的全过程评价，构造了课程的阶梯化教学“纬线”体系；三是构建了“有温度”的软硬件支撑体系，包括功能强大的信息化平台、多维度沟通渠道和面向探索式学习的自选器材库。文末列举“量子计算机探路者”和“饱和吸收光谱实验设计师”两个典型案例，以展示如何引导学生从被动操作转向主动探究，如何培养学生的实验“设计者视角”。教学实践表明，目标的设立和体系的实施促进了学生从“操作员”向“设计者”的角色转变，有助于提升学生的科学素养与创新能力。