从中学时期对化学理论的疑惑
到大学时期跨学科的深耕细作
他以坚实的步伐
不断追寻着心中的答案
以跨学科的视野和深厚的科学素养
在量子问题的研究中开辟出一片新天地
让我们一起走进李昊恩的世界
听听他关于科研、生活和梦想的独特见解
夯实基础，融汇学科精华
“化学需要什么样的理论？”这是李昊恩在中学学习化学时提出的疑问。进入大学，为了寻找心中的答案，他在出色完成化学专业相关课程之外，还选修了多门数学、物理等方面的深度课程，这为他之后的跨学科研究打下了坚实的基础。
在《线性代数》的学习中，当老师提及量子力学的数学描述，他惊叹于量子力学并不只是经过一连串假设之后得到的理论，而是有一套规则和秩序的“必然结果”。“我还了解到理论化学这一学科正是利用量子力学和数值分析解决化学问题，这似乎初步回答了我中学时的疑问。”
从大二起，李昊恩开始修读数学辅修学位，在32学分的高强度学习中，令他印象最深刻的是薛金鑫老师的《复分析》课程。在薛老师的课程上，他感受到了什么是漂亮的数学结论和证明。“我想薛老师在学术上的品位和洞察力一定来源于对这种理念的追求。我也第一次隐隐感受到做学术竟然也可以是一个体验的过程，有点像朱光潜先生的嘱咐‘慢慢走，欣赏啊’。结果和成绩固然重要，但一路风景同样珍贵，这使我在不断进步的同时，也学会让心态越来越平和，直至今日我仍然非常感谢研读那些看起来有些艰深繁复的定理的日子。”
李昊恩在丘成桐数学科学中心
主讲“开放量子系统”主题讨论班
此外，大三上学期他还学习了物理系杨硕老师的研究生课程《量子物理计算方法选讲》，在深刻理解算法的基础上学习编写和调试了大量程序，这使得他对量子多体物理中的各种现代数值方法有了更多更清晰的认识，也是他开展各项研究都能较快上手的重要因素。
在科研道路上，多学科的知识背景成为李昊恩不断求索的金钥匙，而超越知识的科学素养则成为他坚实的后盾。他至今仍记得焦雷老师在《有机化学H1》课程的最后提到：广为接受的提法不一定是正确的，要学会摒弃“想当然”，找出一个问题背后最本质的因素。“尽管我之后学习和研究的兴趣已经和这门课的内容几乎毫无关系，但是这些关于‘如何做研究’的方法论至今仍对我大有裨益。”
学科交叉，深耕科研沃土
“从第一性原理出发，仅仅使用量子力学和一些数值计算方法就可以模拟化学和材料科学中的很多问题，这样的研究方法非常吸引我。”但是这类问题当中的一部分问题在现有的理论框架下并不存在有效的简化方法，因此，如何探索出理解这类复杂体系的理论框架和高效算法，是一个与数学、物理和化学都紧密相关的，且十分困难的基础问题。
怀着对数理的热爱与对物质世界的浓厚好奇心，李昊恩投身于多学科背景的海洋，决心打通数理化之间的语言障碍。大一下学期，李昊恩申请加入了化学学堂班，参与研究了非随机优化神经网络波函数方法的课题，学习了量子力学中虚时演化的原理和计算物理编程的基本技能。大二的暑假，他在导师胡憾石老师的鼓励下申请了国家自然科学基金，聚焦“量子计算机时代的理论化学”这一面向国家重大战略发展需求的科学问题展开研究。尽管课题组少有从事量子计算研究的先例，但他对量子计算模型清晰、优美的数学结构很快产生了兴趣，并主动学习了相关的基础知识。
他研究的对象是量子线路矩阵乘积态算法，从数值分析的视角出发，用变分虚时演化的思路发展新算法，有效地利用了参数空间的几何结构，显著提高了优化的稳定性，同时还在量子化学问题的计算精度上取得了新的突破。这一方法一经报道，就得到了国际同行的高度评价，相关工作第一作者身份发表于The Journal of Chemical Physics。“量子计算有望直接存储高维数据和求解高维问题，用量子计算机来制备化学分子的量子态并计算其能量的描述‘很接近自然’，量子算法的设计也蕴含着很多非常有趣的、与经典的数值分析算法截然不同的数学思想。” 李昊恩的师兄和论文合作者、化学系2023级博士生黄嘉诚评价：“昊恩同学在科研中才思敏达、精勤不倦，善于抓住事物的本质逻辑，能够融会所学知识以探索开拓前沿课题。”
李昊恩在工作
尽管量子多体物理和电子结构理论中的很多问题有了严谨的数学定义，但是从应用和计算数学的角度看待这些问题的观点还并不多。因此，李昊恩认为，具有跨学科背景的人或许可以打通数理化之间的语言障碍，从多个角度出发理解这些问题，从而发展出一些新的算法来解决现有的理论框架下无法有效地简化的问题。而耗散态工程的想法，正是为这类问题的量子算法提供了新思路。“耗散作用对量子计算而言通常是一个负面效应，但是合理设计耗散的结果有望高效地在量子计算机中制备复杂量子态。与此同时，这个构想存在很多困难，自提出以来的近二十年还没有在量子化学问题中成功实现。”
在美国加州大学伯克利分校进行暑期研修期间，李昊恩和数学系林霖教授、加州理工学院物理专业博士生詹颙涛学长共同完成了电子结构理论中的耗散基态制备这一研究课题，该结果在理论和数值两个方面都提供了全新的思考角度。“这项研究之初非常困难，找不到切入的方向，林老师建议我先从量子化学中的一个简单情形出发。经过大量推导和数值实验，我们从一个反常现象中发现了转机。”谈起这段经历，李昊恩感叹道：“我们分别具有数学、量子物理和量子化学的背景，然而通过畅通无阻的交流讨论，共同攻克了这样一个基础问题，我想多学科背景在其中起到的作用是至关重要的。”在这之后，李昊恩也与丘成桐数学科学中心的刘锦鹏助理教授在量子算法方向展开了合作研究，计划继续探索量子科学计算中的前沿问题。
李昊恩（左一）与林霖教授（左二）课题组成员合影
致理书院化学方向2021级本科生、化学学堂1字班成员杜英豪说：“刚认识李昊恩时，便被其扎实的专业知识功底所折服。后来得知他同时也学习了诸多数学和物理的课程，并且在量子化学领域做出了很出色的研究，我会觉得这是理所应当的。”
又红又专，全面发展自我
李昊恩始终秉持多为集体和身边的同学服务的理念，先后担任了化学11班的团支书、班长，也在化学系生权部担任部长、在清华学生徽文化交流协会担任副会长。对他而言，做社工是学业、科研之余非常重要的调节和休息的途径。尤其是在化学系“小系小会”的背景下，他学会了如何面向同学们真正的需求，让每一个服务落地，在工作中不断增强责任心和担当意识。
化学系学生会学习生活权益部部门合影（前）
大二学年秋季学期李昊恩开始在答疑坊提供志愿服务，目前累计时长已达两百多小时。“从事理论研究，除了脑海中要有一个很好的物理图景之外，扎实的推导和证明的‘内功’也是不可或缺的，答疑基础课是一个很好的锻炼基本功的机会，是一个教学相长的过程。”
答疑坊优秀队员表彰会（左二）
在空闲时，李昊恩比较喜欢弹钢琴，演奏音乐对他而言能够非常有效地放松身心、宣泄情绪，也使他得以欣赏各种风格音乐中具有出色艺术价值的作品。 “除此之外我也经常阅读、看电视剧，以及参与游泳和长跑，这些业余活动对改善整体的精神状态都很有帮助。不过最近最喜欢的活动可能是和好朋友一起聚餐和聊天，每次这样之后都挺开心的。”
李昊恩在化学系“单晶宇宙”学生节上表演钢琴
在即将到来的博士阶段，李昊恩希望自己能够全身心地投入感兴趣的研究领域，争取做出更好的、更有影响力的工作。“对我来说最重要的，除了身心健康、生活愉快之外，或许应该是找到自己感兴趣的事业，并争取能够做一个对社会有用的人，这也将是我坚持学习和研究的动力。”致理书院的杜英豪补充说：“作为朋友，李昊恩真诚待人，也乐于助人，他的这种品质也让人倍感亲近与温暖。除此之外，他在诗词、音乐等领域也有深刻的理解以及独到的见解。”黄嘉诚说：“昊恩同学在平时生活中允恭克让，雅量高致，具有很深远的情怀品格，这在理工科学生群体中难能可贵。”
李昊恩在2024年清华大学学生奖励大会接受颁奖
获奖者寄语
希望大家能在充满不确定性和快节奏的环境中保有好奇心，广泛地探索和体验，尽早找到自己感兴趣的事情。
——李昊恩
李昊恩，化学系2021级本科生。研究兴趣为量子多体问题中的现代理论与计算方法，希望打通数理化之间的“语言障碍”，从多学科的视角理解交叉领域中的挑战性问题。曾获得首批国家自然科学基金委青年学生基础研究项目(本科生)资助，以第一作者身份在 J. Chem. Phys. 发表论文一篇，并作为共同作者在 J. Chem. Theory Comput.等期刊发表多篇论文。曾赴美国加州大学伯克利分校进行暑期访问，系统解决了电子结构理论中的耗散基态制备问题，以第一作者身份完成论文一篇。曾任 “答疑坊”特级志愿者、化学系学生会学习生活权益部部长、“清华皖协”副会长等职务。
撰稿丨李昊恩 龙宁睿
审核丨李昊恩 魏巍 董桂芳 马冬昕
