隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展和在諸多領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，其背后的物理原理和客觀規(guī)律引起了學(xué)者們的高度關(guān)注，并開始探索“AI + Physics”領(lǐng)域（Muther 等 2023；Mehta 等 2019）。當(dāng)前研究的目標(biāo)是: (1) 利用物理科學(xué)和人工智能的發(fā)展來研究大腦學(xué)習(xí)的原理; (2) 利用人工智能促進(jìn)物理學(xué)的進(jìn)步; (3) 應(yīng)用物理科學(xué)來指導(dǎo)新型人工智能范式的發(fā)展。我們回顧了經(jīng)典的人工智能與物理學(xué)科交叉領(lǐng)域的相關(guān)研究。這包括以物理見解為驅(qū)動力的人工智能概念和算法的發(fā)展、人工智能算法在物理學(xué)多個領(lǐng)域的應(yīng)用以及這兩個領(lǐng)域的交叉研究（Zdeborová 2020；Meng 等 2022）。
本文闡述了經(jīng)典的由物理相關(guān)學(xué)科（經(jīng)典力學(xué)、電磁學(xué)、統(tǒng)計物理學(xué)、量子力學(xué)）所啟發(fā)的AI深度算法（如圖1所示），同時介紹了AI算法解決物理問題的相關(guān)研究，在此基礎(chǔ)上全面概述了物理學(xué)背景下人工智能深度算法的發(fā)展和挑戰(zhàn)。
電磁學(xué)啟發(fā)的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)范式
電磁學(xué)的理論奠定了光學(xué)的基礎(chǔ)，光是電磁波的一種形式，具有電場和磁場的振蕩。光神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ONNs）的核心思想是通過調(diào)制光的相位、幅度等光學(xué)特性來模擬神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的信息處理過程。此外，ONNs 利用光的傳播特性，如干涉、色散、傳輸和反射等，實(shí)現(xiàn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的核心運(yùn)算。傳統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的主要運(yùn)算包括線性運(yùn)算、非線性激活運(yùn)算和卷積運(yùn)算，其在光學(xué)系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)方法如表2所示。
