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謝偉全職加入西湖大學(xué)，為西湖大學(xué)“儲備”未來
謝偉 西湖大學(xué)供圖
曾經(jīng)有人問過這樣一個無厘頭的問題：互聯(lián)網(wǎng)的傳輸帶寬，何時能夠超過快遞物流的運(yùn)力“帶寬”？
荒誕的提問方式，毫不掩藏人們對互聯(lián)網(wǎng)速度的期待。
這種期待，同樣存在于謝偉的心里。“每當(dāng)互聯(lián)網(wǎng)需要提速，都是我們光通信工作者施展能力的時候?！?/p>
5G、大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、元宇宙……一個又一個新名詞橫空出世，都在向數(shù)據(jù)傳輸能力提出更高的要求。生活在數(shù)字世界里，我們也許對短視頻、流媒體、人臉支付早已習(xí)以為常，但并不知道“容量危機(jī)”正在悄悄逼近。
現(xiàn)行的通信網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，還能支撐多長時間？向光纖要更多的傳輸容量，還有沒有可能？實(shí)驗(yàn)室的新技術(shù)，可以為互聯(lián)網(wǎng)儲備多少年的速率與容量？
儲備未來，是謝偉在過去30年未曾停止的事業(yè)。這位來自澳大利亞墨爾本大學(xué)電氣與電子工程系的教授，于近日全職加入西湖大學(xué)工學(xué)院，任光通信與傳感講席教授。
做光通信儲備互聯(lián)網(wǎng)的未來
1989年，謝偉從中科大物理專業(yè)本科畢業(yè)，獲得中美聯(lián)合培養(yǎng)物理類研究生計(jì)劃（CUSPEA）的資助。該計(jì)劃由諾貝爾獎獲得者李政道博士主持，選拔并派遣學(xué)生到美國攻讀物理專業(yè)研究生。
也是那一年，世界上第一家商業(yè)互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商，以撥號上網(wǎng)的形式，開始提供商業(yè)互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)。
錄取謝偉的，是美國南加州大學(xué)物理系。當(dāng)時的中國，普通人家可能連互聯(lián)網(wǎng)是什么都沒有聽說過，謝偉自然也對通信知之甚少。
入學(xué)兩年后，學(xué)校電氣工程系來了一位新教授。上世紀(jì)八九十年代，貝爾實(shí)驗(yàn)室一直走在通信領(lǐng)域的創(chuàng)新前沿。這位新來的Willner教授也是從貝爾實(shí)驗(yàn)室來的，打算在學(xué)界開展光纖通信相關(guān)的研究。
謝偉是學(xué)物理的，尤其在光學(xué)方面很拿手。光纖通信，在那個年代還是非常新興的方向，盡管自己僅僅懂光學(xué)而不了解通信，但謝偉覺得這是一個不錯的idea。
憑著一股莫名的直覺，這個中國學(xué)生勇敢地敲開了Willner教授的門，也從此敲開了自己在光通信研究領(lǐng)域的門。
人是群居類動物，當(dāng)互聯(lián)網(wǎng)把溝通的可能性一下子覆蓋整個地球，便打開了人們對于這種溝通的無限想象。尤其是最近10年，得益于光纖通信技術(shù)的不斷發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)傳輸速率增長了近250倍。
這其中，由謝偉團(tuán)隊(duì)首次提出的OFDM及相關(guān)技術(shù)在相干光通信中的應(yīng)用，是起到關(guān)鍵作用的技術(shù)之一。
OFDM，翻譯過來是正交頻分復(fù)用技術(shù)，是一種信號處理的方式，通過這項(xiàng)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)更高效、也更穩(wěn)定的多載波傳輸方案。
這是一項(xiàng)原本應(yīng)用于無線通信的技術(shù)，也就是我們常說的Wi-Fi。2006年，謝偉團(tuán)隊(duì)將它“移花接木”到相干光通信，提出從單載波切換到多載波，可以極大地提升光纖通信的效能。這一理論，打開了研究人員的思路，也打開了一個嶄新的領(lǐng)域。
此后的四五年時間里，謝偉團(tuán)隊(duì)不斷完善OFDM及多載波相關(guān)的系列理論及實(shí)驗(yàn)研究。同時，更多實(shí)驗(yàn)室和通信廠商開始關(guān)注并投入基于多載波調(diào)制的光通信技術(shù)探索，大大提升了通信網(wǎng)絡(luò)的速率與容量。
如果以2006年為坐標(biāo)，10幾年后的我們正在使用的4G與5G，主要采用的就是這種調(diào)制方式。當(dāng)我們在手機(jī)、平板、電腦上打開APP，我們所獲得的順暢體驗(yàn)，來自于一批像謝偉這樣的光通信科學(xué)家們在過去存下的技術(shù)“儲備糧”。
OFDM之后，謝偉開始儲備更遠(yuǎn)的未來。
2010年前后，在那個3G網(wǎng)絡(luò)的年代，國內(nèi)家庭寬帶的帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及現(xiàn)在的千兆，但全世界的光通信專家們已經(jīng)意識到，帶寬不再是光纖取之不盡的資源。謝偉也帶著學(xué)生研究了光纖通信的香農(nóng)極限，計(jì)算出單模光纖的容量上限。
也就是說，如果把思路局限在單模光纖上，那么未來互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)摹叭萘刻旎ò濉痹谀睦?，是顯而易見的。同樣顯而易見的，是伴隨人工智能技術(shù)與移動互聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展，元宇宙等新概念已經(jīng)對數(shù)據(jù)傳輸能力提出了完全不同數(shù)量級的要求。
怎么辦？
我們可以用常見的信息高速公路概念來理解。為了保證傳輸?shù)姆€(wěn)定性，過去認(rèn)為光纖必須是單模的，也就是數(shù)據(jù)在單個車道上跑。如果要通過更多的車，最直接的辦法就是開辟更多車道。
謝偉認(rèn)為，隨著技術(shù)的發(fā)展與完善，單模的局限完全可以被打破。
2011年，謝偉團(tuán)隊(duì)在Optical Fiber Communication Conference (OFC)，即美國光纖通訊展覽會及研討會發(fā)表了PDP文章（post-deadline paper），率先提出光空分復(fù)用技術(shù)，向世界展示了第一個克服單模光纖容量限制的少模傳輸，繼OFDM后再次開創(chuàng)了新一代大容量光纖通信技術(shù)，將在未來呈線性倍數(shù)提升傳輸容量。
同時在這次學(xué)術(shù)會議上發(fā)表空分復(fù)用技術(shù)的，還有美國和歐洲的貝爾實(shí)驗(yàn)室，影響力不容小覷。在光通信行業(yè)，這一技術(shù)是當(dāng)前關(guān)注度最高的下一代傳輸方案之一，被認(rèn)為是6G、7G，以及大型數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)傳輸解決方案。
當(dāng)科學(xué)家儲備人類認(rèn)知的未來
謝偉1996年從美國南加州大學(xué)博士畢業(yè)，直到2004年才到澳大利亞墨爾本大學(xué)執(zhí)教。中間的8年，他輾轉(zhuǎn)在包括貝爾實(shí)驗(yàn)室在內(nèi)的三個工業(yè)界研發(fā)機(jī)構(gòu)工作過。
那8年，謝偉距離光纖通信的應(yīng)用非常近，直面數(shù)據(jù)洪流給通信網(wǎng)絡(luò)帶來的壓力。
回到大學(xué)實(shí)驗(yàn)室，與應(yīng)用拉開一段距離，是因?yàn)樗霃牟煌囊暯呛托膽B(tài)，試試做原創(chuàng)性的研究。上述兩次開創(chuàng)性成果的事實(shí)證明，這個選擇是值得的。
“我為自己在墨爾本大學(xué)取得的科研成果而感到驕傲，這超出了我對自己在學(xué)術(shù)上的預(yù)期，讓我看到了自己的潛力，‘謝偉’這個名字也正是因?yàn)檫@些研究而被業(yè)內(nèi)的人們所了解?！敝x偉這樣評價(jià)自己在學(xué)界的工作。
當(dāng)科學(xué)家這件事，對他來說，同樣是對未來的一種儲備。
謝偉自小就是學(xué)霸，數(shù)學(xué)競賽拿過四川省一等獎，物理競賽成績也不錯，被中科大提前錄取。讀書對他來說，從來就沒有太多困難。
盡管去中科大之前，家里人都不知道學(xué)物理將來能干什么，出國的時候更是茫然。但在年少的他看來，既然自己會讀書，那么一直讀下去、當(dāng)個科學(xué)家，好像是理所應(yīng)當(dāng)?shù)氖虑椤?/p>
和后來投身光纖通信時的想法一樣，他認(rèn)為：當(dāng)科學(xué)家，是一個不錯的idea。
也正是基于同樣的思考邏輯，他選擇了在今年回國，加入西湖大學(xué)——在中國，有一所年輕的大學(xué)，將小而精、研究型作為自己的定位，聽上去是一個不錯的idea。
而真正吸引謝偉加入西湖大學(xué)的，是科學(xué)家之間的默契，是他們之間使用的同一種科學(xué)的語言。
比如，這里推崇跨學(xué)科交叉，甚至直接在校園建設(shè)的物理空間上打通并拉近了不同的學(xué)科。
謝偉在2006年提出的OFDM應(yīng)用，就起源于一次偶然的跨學(xué)科交流。那天，他在機(jī)場碰到同樣是墨爾本大學(xué)電氣工程系的一位博后，對方研究的是無線通信。兩人一起喝咖啡時，謝偉問道：最近你們Wi-Fi領(lǐng)域最熱的話題是什么？答：OFDM。
當(dāng)時的謝偉，并不知道OFDM是什么；那位博后，也不知道光纖通信是怎么回事。兩人只是順著話題聊下去，談到OFDM能夠解決無線通信中信號畸變的問題。而如何處理光纖通信中的信號畸變，正是謝偉當(dāng)時正絞盡腦汁思索的難題。
未來的創(chuàng)新，也將很有可能在不同研究方向、不同學(xué)科的邊界產(chǎn)生。
除此之外，西湖大學(xué)力求基礎(chǔ)、原創(chuàng)的科學(xué)研究。全世界每一位科學(xué)家都知道，這是一件非常不容易的事，但若想實(shí)現(xiàn)科技自立自強(qiáng)，這是一件必須要做的事。
謝偉是重慶人，爬坡過坎是刻在他骨子里的。
他在10年前開始主攻少模光纖的時候，就深知從零到一有多難。當(dāng)時，實(shí)驗(yàn)所需要的模式耦合器，找了全世界很多所大學(xué)，都沒有人會做；幾乎所有光纖制造廠商，也都不知道怎么做少模光纖……
在人類認(rèn)知的邊界上拓出一條新路，談何容易。
謝偉花了一年多時間，與合作伙伴制造出第一根少模光纖。直到現(xiàn)在，關(guān)于光空分復(fù)用技術(shù)與少模光纖的研究，仍在他的課題組內(nèi)繼續(xù)。在西湖大學(xué)，他希望進(jìn)一步研究，如何將這一技術(shù)更好地應(yīng)用于大型數(shù)據(jù)中心，也就是我們現(xiàn)在越來越耳熟能詳?shù)摹霸啤鄙稀?/p>
帶博士生儲備創(chuàng)新力量的未來
在不久前的西湖大學(xué)2022級博士研究生開學(xué)典禮上，剛剛?cè)肼殐H2天的謝偉，與其他15位講席教授站在臺上，給“西湖六期”博士新生贈送入學(xué)禮。
這是西湖大學(xué)的傳統(tǒng)。從“西湖一期”的19位新生，到今年“西湖六期”的352位新生，學(xué)校始終堅(jiān)持每一位新生都要上臺，完成這樣一個簡單但莊重的儀式。
謝偉對這樣的儀式感很認(rèn)同。他曾說，進(jìn)入大學(xué)工作帶給他的成就感，不僅僅在于能夠通過自己的科研改變世界，還可以通過自己培養(yǎng)的學(xué)生改變世界。
這些優(yōu)秀的年輕人，將成為改變未來的創(chuàng)新力量。
截至2020年，中國已累計(jì)鋪設(shè)5169萬公里光纜，總長度可繞地球1292圈。在光通信系統(tǒng)設(shè)備和解決方案上，中國的企業(yè)已經(jīng)開始在全球范圍內(nèi)顯現(xiàn)出不容忽視的競爭力。中國的互聯(lián)網(wǎng)、通信系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)中心的快速發(fā)展，也為這一領(lǐng)域的基礎(chǔ)科研提供了極大的驅(qū)動力。
謝偉希望，他在西湖招收的博士生，能夠在科研上擁有同樣強(qiáng)大的內(nèi)驅(qū)力。
“為什么讀博士，首先要想明白這個問題。是因?yàn)橐粋€博士頭銜，是因?yàn)楦改傅钠谕?，還是因?yàn)檎嬲胍鲆婚T學(xué)問?！敝x偉說，只有想清楚了這個問題，才能來談冒險(xiǎn)，談如何逆流而上，做獨(dú)一無二的研究。
從1991年師從Willner教授學(xué)習(xí)光纖通信開始，謝偉始終對這門學(xué)問、對光通信事業(yè)保持著強(qiáng)烈的信念感。他認(rèn)為，只有相信自己正在從事的研究，才會愿意付諸無盡的努力，才會奮不顧身地“躍入未知”。
他用兩個jump來做對比。在英語里，有一個說法叫jump on the bandwagon，意思是“隨大流”，哪里熱鬧往哪里走；在科研里，謝偉認(rèn)為這自然是不可取的，而是應(yīng)該jump into the unknown。
作為博士生導(dǎo)師，謝偉并不“高產(chǎn)”。在墨爾本大學(xué)的18年時間里，他僅培養(yǎng)了17位博士研究生。他對自己有這樣的要求：不管多忙，都要保證自己有時間和精力給予學(xué)生足夠的指導(dǎo)，這種指導(dǎo)在他們科研生涯的早期是至關(guān)重要的。
“當(dāng)他們走出實(shí)驗(yàn)室的那一天，應(yīng)該有屬于自己的、獨(dú)立的學(xué)術(shù)標(biāo)簽，他們不再是謝偉的學(xué)生，而是某項(xiàng)新理論、新技術(shù)的發(fā)明者?！?/p>
謝偉是過來人，他明白這個過程必定艱辛，但這是為未來做好創(chuàng)新儲備的必經(jīng)之路。
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