前沿工程讲堂｜第63讲：杨越教授主讲“湍流与新质生产力”
2026年9月4日晚，“前沿工程讲堂”第63讲在新奥工学大楼3004报告厅举行。北京大学力学与工程科学学院院长杨越教授讲授“湍流与新质生产力”专题课程。
杨越教授主讲“前沿工程讲堂”
课程开始，杨越教授从水龙头水流等日常现象切入，带领同学们认识湍流这一熟悉而复杂的流体现象。他指出，湍流通常表现为三维、不规则、非定常运动，并包含丰富的多尺度结构。从肥皂膜、大气运动到更大尺度的天体系统，类似的复杂运动广泛存在于自然界。他还结合一系列艺术作品，展示人类对复杂流动形态的观察与表达。
杨越教授进一步介绍了湍流在工程中的重要作用。湍流能够加强动量、能量和物质交换，提高混合与燃烧效率，同时也会显著影响飞行器阻力、物质扩散等关键过程，是典型的“双刃剑”。他指出，湍流中随机与有序、结构与统计特征相互交织，其基础理论问题至今仍未完全解决，在航空航天等重大工程领域也长期具有重要影响。
随后，杨越教授梳理了湍流研究百余年的发展历程。从早期对旋涡结构的观察，到流体运动数学理论、统计方法和数值模拟的发展，人类认识湍流的手段不断丰富。随着电子计算机和计算流体力学的发展，高精度数值模拟逐渐成为湍流研究的重要工具；进入人工智能时代，智能计算、量子计算等新技术又为这一经典科学难题提供了新的研究路径。
课程现场
结合工程实践，杨越教授指出，工业软件背后是物理模型、数学方法、数值求解和长期工程经验的持续积累。对于高雷诺数湍流，直接数值模拟的计算需求随问题规模快速增长，而人工智能方法又受到高质量流场数据获取困难等限制。因此，面向复杂工程问题，发展新的计算理论与工具具有重要意义。
课程后半程，杨越教授重点介绍了量子计算与流体力学交叉研究的前沿进展。湍流的强非线性、多尺度特征带来巨大的计算需求，也给量子计算方法提出了新的理论挑战。围绕如何将复杂的经典流体问题转化为适合量子计算处理的形式，杨越教授介绍了团队近年来在流场量子编码、量智融合方法等方面的探索，以及在超导量子计算机上开展流动问题真机验证的相关进展。他指出，目前量子计算在部分问题中已展现出潜在计算优势，但距离复杂湍流问题的端到端实用加速仍有许多关键问题需要突破。
课程最后，杨越教授以“新质生产力与基础研究的双向赋能”进行总结。他指出，人工智能、量子计算等新工具能够为经典科学问题带来新的研究范式，而湍流等基础研究中的重大问题也不断牵引新算法、新型计算技术和工程软件的发展，二者在相互促进中不断拓展新的研究边界。
互动交流
在互动环节，现场师生围绕量子计算在天气预报、复杂系统模拟、医药研发等领域的应用，以及宇宙结构与流体模型之间的关系展开交流。杨越教授结合量子计算的数学基础和现实技术边界逐一回应。本次课程从湍流这一经典科学难题出发，贯通基础理论、重大工程需求与前沿计算技术，展现了基础研究与新质生产力相互促进的发展图景，为同学们理解人工智能、量子计算等新技术如何赋能科学研究与工程创新提供了新的视角。