CFIC導讀：
張首晟生前是斯坦福大學物理系、電子工程系和應用物理系終身教授，一直在拓撲絕緣體、量子自旋霍爾效應、自旋電子學、高溫超導等領域做研究。他的導師楊振寧先生評價：“對他來說，獲得諾貝爾獎只是時間問題。”
據有關媒體12月6日消息，美國當地時間12月1日，美國華裔物理學家，美國斯坦福大學終身教授、美國科學院院士、中科院外籍院士，2017年度中華人民共和國國際科學技術合作獎獲得者張首晟教授去世，終年55歲。隨後該消息被證實。
張首晟生前是斯坦福大學物理系、電子工程系和應用物理系終身教授，一直在拓撲絕緣體、量子自旋霍爾效應、自旋電子學、高溫超導等領域做研究，他領導的研究團隊於2006年提出的量子自旋霍爾效應被《科學》評為2007年“全球十大重要科學突破”之一，他的天使粒子也被認為是極有可能獲得諾貝爾獎的成就。他的導師楊振寧先生評價：“對他來說，獲得諾貝爾獎只是時間問題。”
張首晟所獲物理界重量級獎項包括歐洲物理獎、美國物理學會巴克萊獎、國際理論物理學中心狄拉克獎、尤里基礎物理學獎等。
除了科學家身份以外，張首晟也是一名投資人，他於2013年創立了丹華投資，專注於投資最具顛覆性的創新科技和商業模式。
張首晟教授致力於基礎科學研究和風險投資，近年來與國內高校和科研院所的合作十分成功，使我國相關科學研究與國際最先進思想對接，極大地促進了我國凝聚態物理研究的發展，並搭建起斯坦福大學、硅谷和中國的橋樑。
張首晟教授對國內年輕一代科學家在原創性研究方面寄予厚望，2016年他在上海交通大學高級金融學院名家講壇上演講時指出，“也許我們現在從1到10，從10到100都能夠做得很好，但是從0到1的創新還有一段路要走”。以下為報告原文。
只有解決真正的科學問題，才能帶來真正的商機
為什麼有些科學家比較牛？為什麼有些科學家比較平凡？不是誰工作更努力，我平時也挺喜歡玩，主要是要眼光準確——那麼多可以選的題目當中你怎麼選對題目，朝這個方向走下去，最終開闢一片新天地，這個是關鍵的。投資也是同樣的道理，我平時也喜歡思考，到底怎麼把兩個之間打通，這也是我今天分享的一個主題。
現在全世界都在學硅谷，連德國這樣的發達國家都在學硅谷，但是，所有人都應該回頭看，當年什麼機會使得硅谷產生的。
在上世紀40年代，科學家肖克萊發明了三級管，隨後他帶著三級管的工藝來到了硅谷，正是三極管的工藝造就了最初的硅谷。如果要複製一個新的硅谷神話，你要找到下一次這樣的機會。所以我的研究過程當中就想這不是簡單的解決了一個科學問題，也是真正的會帶來無窮的商機。這就是基礎科學研究和斯坦福的危與機。
我自己的經歷也恰恰說明了這一點。
在1980年，德國科學家發現了量子霍爾效應，這是科學上的偉大發現。這一發現以及其後的相關研究，共兩次獲得諾貝爾獎。但是這一發現沒有任何實際效用。
而我後來的量子自旋霍爾效應，也並非是從實用的目標開始的，而是為了從數學上找到一個完美的表現模型。
一個科學的基礎發現要走向應用，往往需要非常漫長的過程。但是在這個漫長的過程中，也不是以應用為目標的。
但是，量子霍爾自旋效應在2006年發表後，到2007年就被證明存在，並且可以用於解決日漸走向終結的摩爾定理了。
這就是我們常常所說的科學的靈感在哪裡。並不是在現實的追求上，而往往是追求一種美妙的自然的規律，不論是我發現的拓撲絕緣體，還是量子霍爾自旋定律。
所以我想把這些思維的原理總結出來，我最近準備寫一本書叫“大道至簡”，就是特別高深的科學發現往往就是用2=1+1這麼簡單的規律發現出來。
自然往往都是非常的簡潔完美。
再給大家介紹一下拓撲絕緣體。
我們之所以有這個發現，是一個非常美妙的數學概念聯繫在一起。這裡大家關心的可能都是創業為主的，但不管你做什麼事情，你總是要找到一個靈感所在的地方。我們的靈感從哪來的？什麼叫拓撲？
拓撲是非常偉大的數學概念。他是一位偉大的數學家歐拉發現的，這個基本的概念用高中的數學語言就可以解釋，所以我在這裡解釋一下。
數學家他總是在追求一種數學的完美，什麼叫做完美？
希臘的哲學家柏拉圖，他對所有的事情都有完美的追求。追求一種完美的政治體系，他就寫了理想論。他對愛情也有非常的理想論，所以也就有了柏拉圖愛情。他對數學也有理想的追求，就有了柏拉圖的多面體。一共只有五種，你可以想來想去，想不出比他更多的可能性。
這種多面體有三個主要組成部分，每個多面體都有頂角，也有邊和麵。但是柏拉圖的每個頂角和邊和麵都是一樣的，這個是非常奇妙的，是非常簡單的高中習題，證明只可能有五種這樣完全對稱的多面體。所以柏拉圖覺得這種對稱來自一種美感，他覺得這五種的多面體是最美麗的一種數學的形式。
但是美如果來自於對稱就是有點脆弱。如果你要做這些多面體的話，這是一個數學的形式，但是你可以加工做出來，也可以用紙疊出來或者用木板拼出來，但是你總是不可能非常的完美。如果不太完美的時候，這個頂角的位置放錯一點，這個邊短一點，這種對稱性就被破壞了。所以一旦到了實際不一定那麼理想。
於是，在不理想的情況下，偉大的數學家歐拉找到了一個非常美妙的關係。就是對任何的多面體，頂角的數量和麵的數目的和減掉邊的數目始終等於二。這是非常美妙的關係，任何的多面體都是滿足這個關係。
這種就是叫拓撲的概念，所以拓撲的概念是不容易被改變的，不管周圍的情況怎麼改變，他始終不會改變。
我們的發現在數學上來說，就好比是咖啡杯和甜甜圈，這兩種不同的表面在數學家認為是完全等價的，他們雖然看起來不一樣，但是當中都有一個孔。所以有孔和沒有孔就是定義了他的拓撲性質。而拓撲不變量也使得我們在加工納米芯片的時候找到了新的規律，因此也產生了拓撲絕緣體。
這個拓撲絕緣體被很多地方引用，成為一種新的概念。一般的科學家，寫一篇論文有100個人讀就非常高興了，當然被引了1000次是非常的高興。如果有一天你引進一個新的名詞，告訴你有四千萬個人在引用他，更是了不得。我們做到了。
有一天有人打電話說，在《生活大爆炸》中，謝耳朵在大談特談我們的拓撲的概念，他黑板上寫的都是我們的公式。所以現在的娛樂媒體也使得我們科學家的成果可以馬上跟大家分享。
而量子霍爾自旋定律也是這樣，被大量引用。
我發現，我們在人類歷史上首次做到了可以精密地進行材料發展的預測。人類歷史從石器時代到青銅器時代，再到鐵器時代每一次歷史的革新都是從材料開始，也許我們也可以開創人類的新時代了。
創新來自於自由的思想和交流
最近我剛剛獲得了一個富蘭克林獎。這個獎愛因斯坦、居里夫人都曾經得過。而我之所以覺得這個獎很不錯，是因為，我的偶像就是本傑明•富蘭克林——上海語文課本中那個用風箏在雷雨中測試雷電的科學家。
他這個科學的發現非常浪漫——一個科學家在雷雨當中放風箏。但是他也是把科學的發現變成一個技術上面的發現，就是他發明了避雷針，真正的造福於人類。
我們一般來說對於科學家的理解就是這麼回事，你可以做一個科學的發展並且轉換成技術，並且可以真正的造福於人類，這已經是非常偉大的兩部分。
但是富蘭克林的偉大遠遠不是停止在這，他的厲害在於他不僅是科學家，還是外交家、政治家、商人。美國最重要的《獨立宣言》就是他和傑弗遜一起起草的，而且最後一句話，就是我們認為人類平等是不言而喻的真理，這個不言而喻的概念就是利用了數學上面的公理的概念引進了法律。
他的人生我覺得非常的可敬，因為我們小學、中學總是講你要早點選擇你人生的途徑，到底做科學家還是企業家。但是富蘭克林說我不用選擇，我全部都包了。
這對我的啟示就是，科學真正的偉大在於科學的思維方式不僅可以用於科學，也可以用於政治、文化和歷史等各個學科。而現在創新最大的障礙就是各個學科的分隔，禁錮了自由的創新思想。
現在大家都知道雲計算，但是，我卻是從和同事的聊天中，得知他的這個雲計算思想的起源。
有一次非常偶然的機會，我們兩個孩子在踢足球的時候，我們兩個家長聊天，我的同事有一個非常好的想法，就是要造一個軟件，使得物理的計算機可以切割無窮多的虛擬機，每個虛擬機都可以運轉不同的超出系。他當時做這件事情，只是因為他是電腦系的教授，為了改作業比較方便，有的學生交的是Windows運行的作業，有的是MAC運行的作業，他想讓一個計算機就搞定。
他這個技術後來就成為了雲計算最關鍵的技術，因為雲計算的概念就是能夠把計算機的資源共享化，我們今天總是講共享經濟，其實雲計算就是一個共享經濟最典型的例子，就是本來一個物理機，你要誰的，我就一下把整個的物理機給你了。現在可以把這個物理的機制切割成無窮多的虛擬機，他可以動態的給你所有的資源。你需要一個小公司，我切割一個小資源給你，然後你慢慢的公司變大，我就再給你。
這個同事的創業企業在最高峰的時候達到480億美元的市值，是非常了不起的。
在整個斯坦福的歷史來講，我們始終會碰到這種機會。現在谷歌的創始人創辦公司時，他們當時的技術非常牛，當時他們就想用一百萬美元賣給雅虎，但是雅虎都不理他們，於是我們一位教授寫了十萬美金的支票，現在他是全人類最富有的教授。
所以斯坦福就是始終會碰到這種機會，作為學校的老師，看的比較前沿，我們最瞭解我們的學生和科技。
所以今天我們在講大眾創業，萬眾創新，其實有很多的不同的意見。他們說這種創業的公司搞來搞去都是小公司，到底可不可以搞成改變整個國民經濟。從斯坦福的例子來講，是非常有趣的例子，就是如果斯坦福師生們創造出來所有的公司變成一個經濟實體的話，他的GDP佔全球的第四名——就是一個學校創造的GDP佔整個全球的第四名，遠遠超過絕大部分的公司。
之所以可以做到這些，就是斯坦福大學真正可以做領導力的創新，我剛才講的拓撲絕緣體的概念，大家通常不會這樣想問題。
比如我們講材料問題，現在發現原先的材料可能不怎麼適用。但是一般來說我組織一個項目，找一大堆的材料科學家來想辦法，但是你想來想去找不到的解決的方案。像我這種喜歡東學一點東西，西學一點東西，突然發現這個數學上非常的美妙的概念，這個拓撲可以用在這上面。
所以，這個0到1的創新是需要非常自由的創新環境。
為什麼只能在斯坦福做呢？因為我們的校訓是這麼一句話——斯坦福的Logo上寫著斯坦福大學，這個樹，我們講是培養學生像中樞一樣。當中是我們的校訓，就是自由的空氣在飄揚。我們學校有這種比較自由的環境，並且鼓勵教授可以相互的交流，而且鼓勵我們創新。
在我剛到斯坦福大學時，就想把拓撲的概念用於材料，但是寫了很多項目申請書，被很多部門彈回，沒有人相信這兩樣可以產生關係。但是學校相信了我，給了我支持，在沒有拿到一分錢國家基金的情況下，給了終身教職。
自由的氣氛對於創新是非常重要的。如果說創業公司在全世界的成果概率是3%，那麼硅谷創業公司的成功率在10%左右，而斯坦福大學的學生創業成功率往往在30-40%，最重要的就是自由創新的氛圍。
正是因為斯坦福的存在才會有硅谷。因為斯坦福的教授和學生想的都是從0到1，沒有任何框框，不象那些財力遠超斯坦福的大公司，他們任何投入總得有計劃書，但是這些計劃書往往就成了禁錮你的框框。
在斯坦福的教授沒有那麼多的條條框框，但是如果你沒有從0到1的創新壓力，整天跟著別人後面，那是會被看不起的。
現在最重要的是要鼓勵年輕人，因為中國常常有一種普遍存在的現象，就是一些大牌的教授往往掌握著諸多的資源，即便年輕人有了成果，也必須屬於這個大團體，很難激發年輕人的創新熱情，甚至會受到壓抑。
中國的大學應該讓更多的年輕人發揮作用，這樣才可能有創新發展的希望。
張首晟——從閣樓的孤獨到科學的輝煌
張首晟與楊振寧
2005年，正值復旦大學百年校慶前夕，一位有心人向復旦校史館捐贈了一份畢業文憑。文憑主人叫張彝，是當時復旦公學的第二屆學生。這份簽發於1909年的畢業證書是我國目前存世的最早大學畢業文憑。這位有心人叫張首晟，張彝是他的祖父，在祖父畢業近70年後的一個秋天，他也踏進了復旦園，成為張家的第二個復旦人。不久後，張首晟遠涉重洋深造，在科研領域窮幽探微多年，如今憑藉高質量的科研成果以及多項物理學重量級獎項，成為躋身大洋彼岸物理學界頂級俱樂部的華裔科學家。
閣樓少年：真正的啟蒙教育不是科學，而是藝術和哲學
張彝的畢業文憑被發現以前，一直塵封在張家靜安區祖屋的閣樓上。對張首晟來說，家裡的閣樓是一個神奇的角落，從幼年開始，他總是能在這裡發現各式有趣的物什，從伯父的大學畢業年冊，到《西方哲學史》、《西方藝術概論》等書籍，不一而足。
張首晟3歲那年，文化革命正席捲全國。高考中斷，各類勞動鍛鍊侵佔了課堂，黃浦江邊已安置不下一張平靜書桌。年幼的張首晟是個內向的小孩，白天在教室裡學習各類印著領袖語錄和最高指示的課本，回到家裡，則一頭紮在閣樓上閱讀“捕獲”的各類“怪書”。“在紅色的年代裡能夠看到古希臘的雕塑，是很幸福的。對我而言，真正的啟蒙教育不是科學，而是藝術和哲學。”張首晟回憶道。閣樓歲月，成為他成長中一段隱祕的快樂。
十年時光，上海灘上一批又一批青年響應偉大領袖的號召，躊躇滿志地到更廣闊的天地裡自我改造。沒有人留意到，有一個孩子，正躲在緊窄逼仄的閣樓上如飢似渴地啃著一部部碩果僅存的書籍。樓外是山呼海嘯的紅色聲浪，樓內是沉靜緘默的青蔥歲月。“那是個讀書無用論的年代，喜歡讀書的孩子反而會被輕視，完全是一種邏輯的顛倒，我當時對讀書的渴求完全來自於內心的驅動。”張首晟在同伴眼中，沉默寡言，其實在他內心正在孕育著無限生機。當他自由而無用地讀書時，或許並沒有預料到，這段閣樓歲月積累的營養竟會令他受用一生。
初中生上大學
1976年，張首晟12歲時，閣樓外的世界漸漸地發生了變化，聲浪仍舊一波高過一波，但內容卻在走馬燈地換。新鮮氣息刺激著每個人的嗅覺，那年，父親給張首晟買了一套自學叢書，其中包括數學、物理等科目，為即將到來的變化未雨綢繆。第二年，高考正式恢復。等不到夏天，這次高考即在北風呼嘯中匆匆舉行。對於當年上山下鄉耗盡青春的哥哥姐姐來說，這場提前舉行的考試來得太遲了，但對當時初三在讀的張首晟而言，似乎還為之尚早。但那是個萬象更新的年代，1978年夏天，張首晟與高考不期而遇。
那年，上海允許初中畢業生直接參加高考，每個區僅限10個名額，參加高考的初中畢業生需要參加預賽，通過後方能獲得高考資格。閣樓上的少年有些蠢蠢欲動了：“伯父的大學畢業年冊對大學有著生動的描寫，我從小就非常盼望大學生活。雖然我是初中生，但當時的環境下，高中生也不比我擁有更多的知識，所以還是有些信心的。”張首晟說。可是,一旦落榜，非但不能實現大學夢，連高中的大門都無緣了。“這是我人生中面臨的一次最嚴峻的選擇。”張首晟後來坦言。父母顧慮再三後還是選擇支持他。於是，張首晟參加了當年的預賽，並順利獲得高考資格。1978年的高考是空前絕後的，共赴考場的，有黑五類的“崽子”，也有又紅又專的苗子；有在邊城遙望故鄉明月的老知青，也有張首晟這樣在閣樓上探看窗外世界的少年，決定命運的，不再僅僅是家庭出生，還有分數。
張首晟如願以償，拿到了復旦大學的錄取通知書。那年高考改變了很多人的命運，包括張首晟。“我的初中學校很差，如果按部就班再讀普通高中，也許結果就和今天不一樣了，人生的成就總是跟你一些十字路口上的選擇有關。”張首晟說。
沒有文憑的復旦人
1978年9月，復旦大學物理系迎來了一個沒有高中文憑的少年大學生。“初中時，在很封閉的情況下，我們都知道楊振寧、李政道獲得諾貝爾獎，為中華民族爭了一口氣。大學時選擇理論物理專業，就是衝著他們的榜樣力量。”張首晟如是說。走進物理系，距離偶像又近了一步，不過當年的他或許沒有想到，自己和偶像的緣分遠不止如此。
復旦的時光是快樂的，對於閣樓上的少年來說尤其如此:“在初中的時候，由於喜歡讀書，周圍的人都不以為然，我一直感覺很孤單。來到復旦之後，大家都如飢似渴地讀書，有了很多的好朋友。”張首晟說。那年，張首晟住在11號樓303室，一個寢室8個人，他的年紀最小。平日裡看得最多的就是爭分奪秒地讀書，偶爾的課餘生活也成忙碌的學生生活的美好點綴。班上有海外關係的同學陳捷弄到了進口彩色膠捲，這在當年是金貴無比的稀罕玩意，但他還是毫不吝嗇地把它拿到學校和同學共享。這些彩色膠捲，留下了許多張首晟在復旦園裡珍貴的青春影像，他和陳捷也結成了莫逆之交，每逢對方赴美，一定住他家裡。
大學第一個學期就這樣愉快而匆匆地過去了。第二學期開始，一日，張首晟正在宿舍裡自習，班主任突然上門，告知他將被選派前往德國柏林大學深造。張首晟高考成績優異，在當時已被列入留德學生的內定人選。
對張首晟來說，這個消息可謂天降喜訊。他對德國最初的印象，來自兒時啃過的那些哲學書籍，隱隱約約知道它是康德、黑格爾的祖國。“學了物理以後，發現教科書上重要的物理公式很多都是德國物理學家的貢獻，去德國留學對我來說像做夢一樣。”張首晟說。當年公派到德國的學生一律要在同濟大學接受為期一年的德語培訓。1980年，沒有來得及拿到復旦文憑的張首晟，正式踏上了赴德之旅。
鐫刻著物理公式的墓碑
張首晟到達西柏林時，戒備森嚴的柏林牆還高高聳立著。他所在的柏林自由大學是一部分老柏林大學出走的師生所創，與東柏林的老柏林大學（後稱洪堡大學）遙相對應。這所位於冷戰前哨的大學甫一成立，便以“真實，公平，自由”為校訓，更把“自由”二字嵌入校名。在這樣一所以自由著稱的學校裡就讀，對於張首晟而言可謂如魚得水。外面的世界很精彩，但他沒有忘記自己的本分。柏林大學的學制為五年，不少人甚至花了七年才能畢業，但憑藉著出色的學習能力和勤奮，年輕的張首晟花了三年時間就完成了學業。學習之餘，他還花了不少時間深入瞭解德國乃至歐洲的人文歷史。
儘管學業順利，但理論物理的前途較窄，一度讓他對自己的未來感到迷惘。“本來我還挺有信心的，但同學之間的擔憂對我產生了影響，1981年左右，我開始想到前途問題。”張首晟說。就在當年暑假，他踏上了德國頗為流行的搭便車之旅，藉著免費的順風車環繞了德國一週，這場如騎士一般的浪漫旅行對張首晟的人生選擇產生了重要影響。
一天，張首晟來到哥根廷大學附近的一片墓地。很多德國著名物理學家長眠於此，每個人的墓碑上，墓誌銘都鐫刻著其生前發現的一道重要公式。如Heisenberg的墓誌銘是Heisenberg測不準原理的公式，馬克斯•玻恩是其對波函數概率的一個分析，Otto Hahn的墓碑上是一道核反應公式，張首晟被深深地震撼了：“一個樸素的墓碑，一個簡單而普適的公式，這才是人生最高境界。從此之後，我決定要把自己畢生的精力貢獻給物理學研究，特別是理論物理學的研究。”成為一名科學家的神聖感和人生意義此刻內化為一種使命，一種激勵自己貢獻終生的精神源頭。
物理公式是美麗的詩句
在德國攻讀學位期間，張首晟開始思索自己的學術方向。當時，在他看來，物理學的最高目標是將愛因斯坦揭示的宇宙四大力統一起來，楊振寧先生在這方面頗有建樹，而他又是自己兒時的偶像，前往美國追隨楊振寧先生從事統一場研究便成為他念茲在茲的目標。
從柏林自由大學畢業後，張首晟被美國紐約州立大學石溪分校錄取，如願以償成為了楊振寧先生的弟子。一入門，他就迫不及待地向老師闡述他的學術構想。出乎意料的是，楊振寧先生並不支持他從事統一場論或基本粒子物理研究，而是向他推薦了凝聚態物理。這時凝聚態物理還是一個方興未艾的研究領域，楊振寧先生本人的研究方向也並不在此，老師的建議讓張首晟大惑不解。多年以後，張首晟才明白了楊振寧先生當初的良苦用心：“一般來說老師總是希望學生能夠發展自己的研究領域，楊振寧先生卻建議我從事其他領域的研究，他真的很無私。今天看來，凝聚態物理在物理學領域中發展得最快，這體現了他三十年前精準的眼光。”
而更讓張首晟得益匪淺的是，這位有著詩人氣質的科學家，帶領著他領略到了不一般的科研境界：“他告訴我，詩歌追求的境界是用兩句話將複雜的感情說清楚，科學也是追求用一個簡單的公式去描寫大自然的所有萬千現象。藝術和科學是相通的，F=ma’、‘E=MC2’就是描寫大自然的最美麗的詩句。”
導師的話，激活了張首晟對於藝術的啟蒙記憶。“為美所驅追求科學，真是一種最高的境界，楊振寧先生帶領我進入的境界，在書本上是學不到的。”張首晟感慨。在物理系系慶報告會上，張首晟展望物理學發展的未來，覺得隨著學科越來越專業化，隔行如隔山，而如要真正做出創新，科學家還需更高的視野。他舉例說，牛頓發現萬有引力，說明了三大力學定理，但當時理論物理根本沒有這個名詞，他那本奠定物理學基礎的書叫Mathematical Principles of Natural Philosophy，這是歷史上最成功的用數學語言來描寫大自然，體現著無與倫比的的美。“因為在最高的境界上，科學跟藝術，科學跟美，主觀、客觀是統一在一起的。”在這一點上，張首晟頗得導師的精神。師傅領進門，修行在個人，從基本粒子物理突然轉向凝聚態物理並非一件輕而易舉之事，好學而刻苦的張首晟做成了。
斯坦福最年輕的終身教授
1993年，張首晟進入斯坦福大學任教，不久後便頭角崢嶸，成為該校最年輕的終身教授之一。2010年憑藉“量子自旋霍爾效應”理論預言和在實驗觀測領域的開創性貢獻，榮獲歐洲物理獎，這是該獎項首次花落華裔科學家；2011年，因在物理學領域做出的卓越成就，榮膺美國藝術與科學院院士。2012年他先後獲得凝聚態物理領域的最高榮譽Oliver Buckle獎和國際理論物理學領域最高獎“狄拉克獎”（Dirac Medal）。
近年來俘獲大批中國粉絲的美劇《生活大爆炸》裡，主角物理學家們的口中常常蹦出“拓撲絕緣體”的新名詞，就引用了張首晟科研組的研究成果，對於非物理專業人而言，從這個側面去了解他的科研影響力或許更為直觀。
不但在科研領域，張首晟在教學方面亦成績斐然。二十多年來，他培養的學生已遍佈美國各大名校，其中不乏來自中國的面孔，畢業於母校復旦大學的劉勤是張首晟門下唯一一名女生。讓張首晟印象深刻的是一位在國內培養的“土博士”祁曉亮，他在斯坦福大學跟隨張首晟做了一年的博士後研究以後，意外收到美國多所名校向他遞出的橄欖枝，最後順利留美成為一名“洋教授”。
在張首晟日益精進的同時，中國也在發生著一日千里的變化。恢復公派留學生制度三十年後，國家正式實施雄心勃勃的“千人計劃”，面向海外延攬頂尖科研人才回國發展。許多當年從中國漂洋過海的優秀人才，在他鄉開花結果以後，開始迴流反哺故土。張首晟成為其中一員。現在，除了繼續擔任斯坦福教職以外，他還是清華大學高等研究院的一名教授，每年會在國內長待一段時間，從事科研並指導學生。他也常常回到母校復旦大學，在報告會上他說：“我希望我在有生之年，能夠用自己的努力，使中國能夠真正建成如世界第一流的像斯坦福這樣的學校。”
閣樓上的孤獨小孩、少年大學生、沒有文憑的復旦人、楊振寧的得意門生、最年輕的斯坦福終身教授、國家“千人計劃”入選者……，最讓他驕傲的身份，或許只是簡簡單單三個字——科學家。多年後，紅色聲浪早已遠去，閣樓依舊。當科學家張首晟翻出祖父張彝的畢業文憑時，不知是否會想起當初那個沉默寡言的少年，以及曾經在此汨汨流逝過的自由而無用的時光。
本文作者：姜澎、李斯嘉等
本文來源：“文匯教育”微信、《復旦人》、“科技日報”微信、三思派
張首晟教授生前演講：量子計算，人工智能與區塊鏈（附演講全文）
12月6日，丹華資本內部郵件消息顯示，美國華裔物理學家，美國斯坦福大學終身教授、美國科學院院士、中科院外籍院士，2017年度中華人民共和國國際科學技術合作獎獲得者，丹華資本創始人張首晟教授於美國當地時間12月1日去世，終年55歲。
作為凝聚態理論物理領域最傑出的科學家之一，張首晟教授所獲物理界重量級獎項包括歐洲物理獎、美國物理學會巴克萊獎、國際理論物理學中心狄拉克獎等。導師楊振寧曾說過，張首晟獲得諾貝爾獎，只是時間問題。
此刻，創合匯以張首晟教授最喜愛的英國詩人威廉·布萊克的詩篇《從一顆沙子看世界》，深切緬懷這位將一生奉獻給科學探索的大家：
一沙一世界，一花一天堂。
雙手握無限，剎那是永恆。
2018年5月，創合匯美國訪學團走入硅谷。期間，張首晟教授為訪學團成員帶來了《量子計算，人工智能與區塊鏈》的主題課程，深入闡述了新時代下的投資策略以及前瞻顛覆性創新技術，大師的平易近人和遠見卓識，令訪學團成員受益至今。
此刻，我們將張首晟教授生前在硅谷的主題演進行了整理，彙編如下：
張首晟：《量子計算，人工智能與區塊鏈》
謝謝各位前來，今天我想跟你們分享一些個人的看法。
關於未來信息技術內容，包括：量子計算，AI人工智能、區塊鏈。特別是這三者的聯繫。我相信目前學術界有很多學者已經在研究這幾方面的內容，但有機會能來參加此次分享我還是相當興奮，因為此次課程的主要內容是：三者的內在聯繫。
首先跟大家分享一個“古老的”科學新發現。
多科學問題都對應著深刻的哲學問題，我們存在於一個對立統一的世界中，這個世界中有正數，也有負數；有借款也有貸款；有陰也有陽；有好人也有壞人；天使也有魔鬼。在現實生活中同樣也存在著對應的道理。
1928年，其中一位全世界最著名的理論物理學家狄拉克保羅，嘗試將愛因斯坦相對論運用於量子力學。在數學公式推導的過程中，他遇到了不少的平方根計算。隨後回想到自己高中時期的平方根問題，9的平方根不僅等於3，因為3的平方等於9，有-3的平方也等於9。所以當你對一個正數開方時會同時得到一個正數和一個負數。
狄拉克對開方得出的負數相當不解，這件事對迪拉克產生了深遠的影響。他預言世界上的所有物質，都有正物質和反物質兩種形態。如今在威斯敏斯特教堂，你依舊能找到保留完好的迪拉克公式手稿。
2012年獲得的“保羅狄拉克勳章”是對我的研究工作最值得肯定。就像我剛才講的一樣：當你對一個數開方，可以得到一正一負兩個數字，存在負數是宇宙的一大規律。也就是說只要是宇宙中的物質，就一定存在反粒子。現在看來這是一個再正常不過的完美等式。但在1928年，那個沒有反物質的年代，提出這樣的理論很不容易。比如當時的人認為：電子的反粒子是一種質量相等但帶負電的粒子——質子，雖然質子帶的電荷與電子相反，但它的質量卻是電子的2000多倍所以那時根本沒有人相信他。
但你們猜他說什麼？老子的公式如此超前，你們這幫學渣還是先去練級吧。人們確實去提升等級了。狄拉克非常幸運，五年之後，在觀測宇宙輻射的時候（地球上很難觀測到，但宇宙中存在），科學家們捕捉到了反粒子，並命名為正電子和電子質量相同但帶電相反。
我覺得這是人類歷史上一次偉大的假設。前期假設很美好，後期結果也很給力。如今人類已經將反粒子應用於醫療方面，比如著名的醫學成像技術--正電子層析成像技術，就是利用了反粒子的理論研究出來的。好萊塢也有很多類似的電影題材，比如大家所熟知的達芬奇密碼的續集《天使與魔鬼》，電影的高潮部分就是一段天使與魔鬼為爭奪反物質而展開的史詩般的戰鬥。
宇宙中到處可見反物質，如果你擁有了反物質或者反粒子，滅霸估計都難奈你何。但這一切都是基於一個美好的推論上，但人類的好奇心從未停止。在狄拉克的偉大假設之後，又有一位偉大的物理學家走入了我們的視野：埃托馬略安娜。他提出了一個問題：有沒有一種物質不含反粒子，或者有沒有一種物質，本身就是他自己的反物質。他提出假設，寫下等式。但這次他沒有那麼幸運，沒有人相信他，沒有人見過這個公式，他本人也比較失望。從那以後，這個問題就成了基礎科學中一個未解之謎。
我們有一個科學亟待解決問題列表。比如在這個列表上有什麼是上帝粒子和波色子？好在在2012年日內瓦的一個實驗室內上述問題有了答案。再比如引力波，它的提出人愛因斯坦就沒有狄拉克這麼幸運了。100年後才被人們發現有引力波這種物質，前兩年才得到證實引力波的存在。這就是那個神奇的列表反物質粒子也在其中。而諸如什麼物質的反物質是它本身這樣的問題也就是瑪麗安娜費米粒子問題，一直在這個列表的最頂端。
也許尋找瑪麗安娜費米粒子是科學家們最感興趣的問題。就像我剛才講的一樣。瑪麗安娜非常失望，因為沒有人相信他。
安娜是意大利人。但他登上從納皮爾開往巴勒莫的渡船後從此消失。這是科學界的一個未解之謎。從他消失到今年已經整整80年了，不過告訴大家一個“好消息”：不僅他消失了，他撰寫的文獻也沒有找到。這才是我今天的重點好嘛。他當時是寫下了推導的公式，但是沒有告訴任何人公式放置的地點。這就是為什麼我們花了80年去尋找它的原因，但我們在斯坦福的科研小組提出了在哪裡和怎樣找到這些粒子？
2010年至2015年前，我們小組撰寫了三篇文獻。第一篇就是準確預測粒子的位置。令我們吃驚的是該粒子並不在大型的粒子加速器中，而在我們常見的一種半導體器件中。之前我已經介紹過了，我們小組十年前發現的一種物質，學名叫拓撲絕緣體，在這種絕緣體中放一些磁性的摻雜劑。拓撲絕緣體的材料是一些普通的絕緣體，而磁性摻雜劑是鉻這種物質。這樣在兩種物體的表面，就會形成一個超導體。我們認為在這種條件下，能夠捕捉到瑪麗安娜費米粒子但僅僅這樣還遠遠不夠。我們不僅要找出粒子存在的位置，還需要找到需要測量的物理量，好在常識幫到了我們。一般情況下，粒子都有兩面性，像硬幣的兩面，有正面，有反面，有正粒子，有反粒子。但是瑪麗安娜費米粒子只存在一種粒子：只有正粒子，沒有負粒子。他就是傳說中的半粒子所以這個半粒子的概念，將會在我接下來的量子計算演講中異常重要。
好了，不管怎樣，瑪麗安娜費米粒子是普通粒子的半粒子對於普通粒子都會存在一定的電導率或導電率。這種電導率一般都能被量子能極化，表現出零級一級二級等能級普通粒子的能級是離散的整數。所以，如果瑪麗安娜費米粒子半粒子那麼它表現出的能級特徵應該是普通等級的1/2能級3/2能級。所以在半粒子這個系統中，你能夠測量導電率，但一定要在半能級的位置進行測量。
去年在與加州大學加州洛杉磯分校的同事合作中，他們將我們提出的理論模型變為現實。在理論研究的基礎上，測量了瑪麗安娜費粒子的能量。在一二這種整數能級的中間會有1/2這樣的半能級。1/2能級就是瑪麗安娜費米粒子為半粒子的關鍵證據，普通粒子整數能級。瑪麗安娜費米粒子半步能級去年《科學》雜誌將該成果刊登後，我們好好慶祝了一番。
在那個激動的時刻，我又想起了曾經看過的電影《天使與魔鬼》。我覺得我們在天堂只找到了天使，並沒有找到魔鬼，所以我們稱該粒子為天使粒子。所以說了這麼多，到底有什麼用？傳統的計算機已經相當強大，但他們擅長的東西並不全面。我給兩個超大的數字讓計算機做加法，他秒秒鐘就算出來了。例如谷歌雲，他算得超級快。但如果給計算機一個數字，讓她產生兩個相關的數字。比如15等於5×3，但11就不能。你可能說11等於1×11，但是沒有意義。如果給一個超級超級超級大的數字，它分解成兩個相關的數字，像分解15一樣，或者像11不能分解，傳統的計算機怕是要蒙圈了。唯一的辦法就是進行海量的搜索，從2開始一直搜索下去，到永遠。
所以計算機運行的最大問題是什麼？像谷歌雲這樣的計算，本質就是一個尋找最優解的過程。當機器尋找最優解時就會搜索所有的可能性，包括尋找最短路徑等方式。這個過程都要花費大量的時間做最優化搜索，這會消耗大量的時間。這就是為什麼計算機還需要不斷更新迭代的原因？
讓我們進入到量子世界看看，量子世界的祕密是什麼？假設屏幕上有一對雙縫，我用一把普通的手槍分別射擊雙縫子彈。要麼通過左邊，要麼通過右邊的縫隙。在屏幕後方你將看到兩個彈痕，左右各一個。但如果你嘗試通過雙縫射擊兩個基本粒子，情況就不一樣了。背後看到的不是左右兩個彈痕，而是一副複雜的干涉圖樣。當兩個粒子同時穿過雙縫，干涉圖樣產生，他同時穿過左右兩個縫隙。如果不是同時穿過，干涉則不能產生。所以量子世界就是一個平行的世界：兩個粒子同一時間同時穿過兩個縫隙。
很多人就在思考剛才的問題。傳統計算機解決複雜問題的能力，也許可以使用一臺量子計算機，同一時間同時搜索所有可能的答案。也就是說，理論上，計算機可以同時搜索所有的可能答案，然後立馬給你計算答案，能夠這樣迅速的提高計算機的計算能力，想想就好興奮呢！
我接下來跟大家分享一下人工智能，人工智能也是一個基本概念，60年代就已經提出來。之所以今天人工智能能夠有突飛猛進的發展，主要是三個大的潮流的彙總。根據摩爾定律的迭代，每過18個月能夠翻倍，如果用量子計算的話，不只是按摩爾定律18個月翻倍，而是完全從量變到質變的，我們的計算能力在不斷增長，和過去40年差不多。另外互聯網和物聯網的產生，造成大量的大數據，大數據又是幫機器能夠真正學習，再好的算法，再powerful的計算機沒有數據的話不能達成最佳的人工智能，另外也有智能算法的發現，並且有突飛猛進的變化。
但是整個人工智能，大家雖然看到它突飛猛進在改變，但是我覺得還是處在非常早期，它今後的前景還是非常廣闊。為什麼這麼講呢？做一個簡單的類比，比如我們曾經看到鳥飛，人也非常想飛，但是早期學習飛行只是簡單的仿生，我們在自己的手臂上綁上翅膀。但這是簡單的仿生，但真正達到飛行的境界是由於我們理解了飛行的第一性原理就是空氣動力學，有了數學原理和數學方程之後就可以人為設計最佳的飛行，就是現在的飛機飛得又高又快又好，但是並不像鳥，這是非常核心的一點。可能現在人工智能是在簡單地模仿人的神經元，但是我們更應該思考的，在這裡面有一個基礎科學重大突破的機會，就是我們真正去理解那個智慧和智能的基本原理，基本的數學原理，這樣真正能夠使人工智能有突飛猛進的變化。
另外大家經常問的到底用什麼樣的判據能夠真正衡量人工智能達到人的標準？大家可能聽說過圖靈測試，圖靈測試是說人跟機器對話，但是我們不知道大在背面到底是人還是機器。整個對話的過程中，你如果花了一天的時間根本感覺不出來，那就是說機器人好像已經達到人的水平。我是不太贊同，雖然圖靈是一個偉大的計算機科學家，但是我並不贊同這個判決。人也是進化的過程，人的很多情感並不是理性的情感，要讓一個理性的機器學一個非理性的人的大腦可能並不是那麼容易，比如你可能故意激怒機器人的話，說不定它也不怎麼會理你。
所以我想提出一個新的判據，機器怎麼說哪一天真正超越人的智力？人最偉大的一點就是我們能夠做科學的發現，最好的判據就是哪一天機器人真能夠做科學的發現，人更好地知道科學發現，那一天機器就超過人了。
最近我在人工智能裡面寫了一篇文章，將會在美國的科學院雜誌上發表，題目叫“Atom2Vec”，人類最偉大的科學發現之一，有相對論、量子力學，在化學裡面最偉大的發現就是元素週期表的發現。今天的機器假定我們根本不知道元素週期表這件事情，今天的機器在沒有任何輔導的情況下，他自己能不能自動發現元素週期表？我們輸入的就是所有存在的科學元素的名字，把這些化合物的名字輸入這個算法裡面，結果這個機器自然地發現了元素週期表，它可以做出人類認為最偉大的科學發現。然後我們這個程序可以幫助我們發現新藥，也可以用機器學習的辦法發現新的材料。
接下來我會再跟大家分享我最後一個題目區塊鏈，人工智能在突飛猛進發展，但是人工智能最缺少的是數據，恰恰今天數據是處在完全中心壟斷的狀態裡面，不能幫助機器合理地學習。大家聽說在一個星期之前Facebook很多個人的數據被盜一樣，至少在沒有被允許下就用。在今天的世界個人會產生出很多的數據，個人的基因數據、醫療數據、教育數據、行為數據等。但是很多這些數據都是掌握在中心機構裡面，沒有達到真正的去中心化。但是區塊鏈的產生就是能夠產生一個數據市場。所以我理想的世界，未來每人擁有自己所有的數據，這是完全去中心化的儲存，這樣黑客也不可能黑每個人的數據。然後用一些加密的算法在區塊鏈上真正能夠達到既保護個人的隱私，又能夠做出良好的計算。
所以我把今後區塊鏈的整個理念用一句話來描寫，叫“In Math we trust”，我們的信念建築在數學上。這張表大家應該記得，我看到很多人在照相，某一天它肯定會為整個區塊鏈和整個IT領域裡面最基礎的，它既是最基礎的數學，又是能導致數據市場裡面保護個人隱私，又能夠做出合理的統計性的計算。比如有一種非常神奇的計算方法叫零知識證明，它能夠向你證明我的數據是非常有價值的，但是又不告訴你真正隱私的數據在哪。
我今天報告的題目主要是有一個核心的理念，就是要使得IT真正能夠發展，既需要物理學，又需要數學。深圳在應用方面做得不錯，但是由於大學還不是在全世界範圍裡面最領先的大學，但是我建議最核心的投資，這一類的數學和物理，跟IT領域真正有緊密的聯繫。
有了區塊鏈之後，這個數據市場的產生，我們也真正能夠使得社會變得更加公平，我們現在社會最大的不公平是我們容易歧視一些少數派。但是在機器學習的過程中最需要的就是那些少數派所擁有的數據。如果今天機器學習的精準率達到90%了，我要使90%達到99%，它需要的不是已經學過的數據，而是跟以前最不一樣的數據。往往是少數派擁有的數據對機器學習來講是最有價值的。一旦我們建築在區塊鏈的基礎上，再加上這些奇妙的數學算法之後，我們就能夠真正達到數據市場，在這個數據市場裡面，這些少數派所擁有的數據是最可貴的。這樣的話我們真正能夠把一個醜小鴨變成一個美天鵝，因為醜小鴨並不是醜，只是跟別人不一樣而已，在這個世界裡面真正達成區塊鏈和人工智能互相共存的世界理念，它們是會最有價值的。
整個區塊鏈，大家對它的認識還不是最根本的第一性原理的認識。用最基本的物理學原理來講，達到共識就是大家都同意同一個賬本，就相當於在物理學裡面，比如磁鐵本來是雜亂無章的，但是到了鐵磁態裡面它們指向的方向都是同一樣的。所以達到共識在自然世界裡面有，在今天的人文世界裡面也有。但這種現象是叫熵減的現象，達到共識，大家都朝一個方向的話，這個狀態的熵是遠遠比雜亂無章的熵要小。達到這個共識是非常難的，因為熵總是在增的，今天你要把它減是很難的事情。
在區塊鏈上能達到一個共識系統都是用一種算法，在這上面是需要消耗能量。大家可能一開始不太理解為什麼這件事情聽起來不合理，一些賬戶為什麼要耗費能量。從物理學第二定理來講，這是非常合理的一件事情，因為達到共識本身是熵減，但整個世界的熵一定要增加，所以在達到共識的同時一定要把另外一些熵排除出去。這種沒有中心化的機制跟自然世界裡面磁鐵從雜亂無章的狀態達到有序的鐵磁狀態非常相像，這付出的代價也是必然的趨勢。
我在這裡跟大家分享，我除了做斯坦福大學教授之外，也是丹華資本創辦人，我們主要的核心理念就是要把今天最前沿的科技和投資要緊密聯繫起來，要用第一性原理的思維方式來理解今天的世界。
我另外想講的是我是來自學界，我們在整個人工智能領域裡面需要做兩個大的橋樑，一個是要學界和產業界做緊密的聯繫，在學界有最好的物理、最好的數學和算法的發現和發明。在今年1月8日，我非常榮幸在人民代表大會堂受到主席給我授予的中華人民共和國國際科技合作獎。我們整個世界科學是最無止境、最沒有國界的，科學能真正把人類帶到超越國界的，今天我們所要解決的人工智能、量子計算都是整個人類的問題。所以我們一定要把我們的眼光不要放在自己的局部，而是放眼整個全球和整個世界。
在這個過程中，中國也是一個非常大的機遇，大家都想回答的問題，我們中國除了把應用科技做得好，能不能在中國有真正原創科技的產生。我今天跟大家介紹的這些都是最基本的物理和最基本的數學原理，我們這方面能夠做好的話，而且這些原理聽起來比較抽象，比如熵增原理，正負電子。但是在最基本的層次上，這是我們今天這個世界的奇妙，它真正能夠給整個IT行業提供最基本的科學技術發展的前景。
謝謝大家。
本文來源：創合匯
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