謝偉全職加入西湖大學，為西湖大學“儲備”未來

謝偉 西湖大學供圖

曾經有人問過這樣一個無厘頭的問題：互聯網的傳輸帶寬，何時能夠超過快遞物流的運力“帶寬”？

荒誕的提問方式，毫不掩藏人們對互聯網速度的期待。

這種期待，同樣存在于謝偉的心里。“每當互聯網需要提速，都是我們光通信工作者施展能力的時候。”

5G、大數據、人工智能、物聯網、元宇宙……一個又一個新名詞橫空出世，都在向數據傳輸能力提出更高的要求。生活在數字世界里，我們也許對短視頻、流媒體、人臉支付早已習以為常，但并不知道“容量危機”正在悄悄逼近。

現行的通信網絡傳輸技術，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？實驗室的新技術，可以為互聯網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。這位來自澳大利亞墨爾本大學電氣與電子工程系的教授，于近日全職加入西湖大學工學院，任光通信與傳感講席教授。

做光通信儲備互聯網的未來

1989年，謝偉從中科大物理專業本科畢業，獲得中美聯合培養物理類研究生計劃（CUSPEA）的資助。該計劃由諾貝爾獎獲得者李政道博士主持，選拔并派遣學生到美國攻讀物理專業研究生。

也是那一年，世界上第一家商業互聯網服務提供商，以撥號上網的形式，開始提供商業互聯網接入服務。

錄取謝偉的，是美國南加州大學物理系。當時的中國，普通人家可能連互聯網是什么都沒有聽說過，謝偉自然也對通信知之甚少。

入學兩年后，學校電氣工程系來了一位新教授。上世紀八九十年代，貝爾實驗室一直走在通信領域的創新前沿。這位新來的Willner教授也是從貝爾實驗室來的，打算在學界開展光纖通信相關的研究。

謝偉是學物理的，尤其在光學方面很拿手。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域的門。

人是群居類動物，當互聯網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的不斷發展，互聯網傳輸速率增長了近250倍。

這其中，由謝偉團隊首次提出的OFDM及相關技術在相干光通信中的應用，是起到關鍵作用的技術之一。

OFDM，翻譯過來是正交頻分復用技術，是一種信號處理的方式，通過這項技術可以實現更高效、也更穩定的多載波傳輸方案。

這是一項原本應用于無線通信的技術，也就是我們常說的Wi-Fi。2006年，謝偉團隊將它“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域。

此后的四五年時間里，謝偉團隊不斷完善OFDM及多載波相關的系列理論及實驗研究。同時，更多實驗室和通信廠商開始關注并投入基于多載波調制的光通信技術探索，大大提升了通信網絡的速率與容量。

如果以2006年為坐標，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制方式。當我們在手機、平板、電腦上打開APP，我們所獲得的順暢體驗，來自于一批像謝偉這樣的光通信科學家們在過去存下的技術“儲備糧”。

OFDM之后，謝偉開始儲備更遠的未來。

2010年前后，在那個3G網絡的年代，國內家庭寬帶的帶寬遠遠不及現在的千兆，但全世界的光通信專家們已經意識到，帶寬不再是光纖取之不盡的資源。謝偉也帶著學生研究了光纖通信的香農極限，計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，那么未來互聯網數據傳輸的“容量天花板”在哪里，是顯而易見的。同樣顯而易見的，是伴隨人工智能技術與移動互聯網的迅猛發展，元宇宙等新概念已經對數據傳輸能力提出了完全不同數量級的要求。

怎么辦？

我們可以用常見的信息高速公路概念來理解。為了保證傳輸的穩定性，過去認為光纖必須是單模的，也就是數據在單個車道上跑。如果要通過更多的車，最直接的辦法就是開辟更多車道。

謝偉認為，隨著技術的發展與完善，單模的局限完全可以被打破。

2011年，謝偉團隊在Optical Fiber Communication Conference (OFC)，即美國光纖通訊展覽會及研討會發表了PDP文章（post-deadline paper），率先提出光空分復用技術，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后再次開創了新一代大容量光纖通信技術，將在未來呈線性倍數提升傳輸容量。

同時在這次學術會議上發表空分復用技術的，還有美國和歐洲的貝爾實驗室，影響力不容小覷。在光通信行業，這一技術是當前關注度最高的下一代傳輸方案之一，被認為是6G、7G，以及大型數據中心的數據傳輸解決方案。

當科學家儲備人類認知的未來

謝偉1996年從美國南加州大學博士畢業，直到2004年才到澳大利亞墨爾本大學執教。中間的8年，他輾轉在包括貝爾實驗室在內的三個工業界研發機構工作過。

那8年，謝偉距離光纖通信的應用非常近，直面數據洪流給通信網絡帶來的壓力。

回到大學實驗室，與應用拉開一段距離，是因為他想從不同的視角和心態，試試做原創性的研究。上述兩次開創性成果的事實證明，這個選擇是值得的。

“我為自己在墨爾本大學取得的科研成果而感到驕傲，這超出了我對自己在學術上的預期，讓我看到了自己的潛力，‘謝偉’這個名字也正是因為這些研究而被業內的人們所了解。”謝偉這樣評價自己在學界的工作。

當科學家這件事，對他來說，同樣是對未來的一種儲備。

謝偉自小就是學霸，數學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、當個科學家，好像是理所應當的事情。

和后來投身光纖通信時的想法一樣，他認為：當科學家，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——在中國，有一所年輕的大學，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的，是科學家之間的默契，是他們之間使用的同一種科學的語言。

比如，這里推崇跨學科交叉，甚至直接在校園建設的物理空間上打通并拉近了不同的學科。

謝偉在2006年提出的OFDM應用，就起源于一次偶然的跨學科交流。那天，他在機場碰到同樣是墨爾本大學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領域最熱的話題是什么？答：OFDM。

當時的謝偉，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，正是謝偉當時正絞盡腦汁思索的難題。

未來的創新，也將很有可能在不同研究方向、不同學科的邊界產生。

除此之外，西湖大學力求基礎、原創的科學研究。全世界每一位科學家都知道，這是一件非常不容易的事，但若想實現科技自立自強，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。當時，實驗所需要的模式耦合器，找了全世界很多所大學，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。直到現在，關于光空分復用技術與少模光纖的研究，仍在他的課題組內繼續。在西湖大學，他希望進一步研究，如何將這一技術更好地應用于大型數據中心，也就是我們現在越來越耳熟能詳的“云”上。

帶博士生儲備創新力量的未來

在不久前的西湖大學2022級博士研究生開學典禮上，剛剛入職僅2天的謝偉，與其他15位講席教授站在臺上，給“西湖六期”博士新生贈送入學禮。

這是西湖大學的傳統。從“西湖一期”的19位新生，到今年“西湖六期”的352位新生，學校始終堅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同。他曾說，進入大學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的學生改變世界。

這些優秀的年輕人，將成為改變未來的創新力量。

截至2020年，中國已累計鋪設5169萬公里光纜，總長度可繞地球1292圈。在光通信系統設備和解決方案上，中國的企業已經開始在全球范圍內顯現出不容忽視的競爭力。中國的互聯網、通信系統以及數據中心的快速發展，也為這一領域的基礎科研提供了極大的驅動力。

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大的內驅力。

“為什么讀博士，首先要想明白這個問題。是因為一個博士頭銜，是因為父母的期望，還是因為真正想要做一門學問。”謝偉說，只有想清楚了這個問題，才能來談冒險，談如何逆流而上，做獨一無二的研究。

從1991年師從Willner教授學習光纖通信開始，謝偉始終對這門學問、對光通信事業保持著強烈的信念感。他認為，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，謝偉認為這自然是不可取的，而是應該jump into the unknown。

作為博士生導師，謝偉并不“高產”。在墨爾本大學的18年時間里，他僅培養了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生足夠的指導，這種指導在他們科研生涯的早期是至關重要的。

“當他們走出實驗室的那一天，應該有屬于自己的、獨立的學術標簽，他們不再是謝偉的學生，而是某項新理論、新技術的發明者。”

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新儲備的必經之路。