张首晟教授是美国文理科学院院士、美国物理学会会士、中国科学院外籍院士、美国国家科学院院士，现任斯坦福大学J.G. Jackson和C.J. Wood讲座教授。他的主要贡献包括对拓扑绝缘体、量子自旋霍尔效应、自旋电子学、高温超导等领域的研究，他领导的研究团队于2006年提出的量子自旋霍尔效应被《科学》评为2007年“全球十大重要科学突破”之一，他本人也被认为是诺贝尔物理奖的有力竞争者之一。
　　摩尔定理的危机
　　当今世界上，学术界普遍认为，科技的进步要远远超过人类本身的进化。科技和信息技术之所以能够有如此飞快的成长，主要的原因就是所谓的摩尔定理。摩尔定理意指在半导体芯片上集成的晶体管（亦称为晶体三极管，简称三极管）和电阻数量（或者说计算能力）每过十八个月就会翻一次倍。同理，在同一个信息链接上，其三极管的能量也翻一次倍。在过去的五六十年里，摩尔定理一直有效，而今天，我们却逐渐发现了一个趋势，即如果用常规的技术来继续推进摩尔定理，未来会碰到一个非常严重的瓶颈，也就是在今年的“双创”大会上，有专家提出的，摩尔定理的危机已经成为目前最大的危机。
　　摩尔定理的危机是如何产生的呢？大家能够感受到，电脑在运行过程中会变烫，这是因为在计算过程中，电子发生了非常强大的能耗。按照摩尔定理，那就意味着，每过十八个月，三极管的热量也会翻一次倍。有一个很形象的比喻，即电子在芯片这个层次的运行，就像汽车在奔跑，但是它并不是在高速公路上，而是像在一个集市中。而密集的车辆在一个杂乱的集市中随机行驶的结果，必然是不停地与周围的车辆发生碰撞。可以想见，在与其它电子不断发生碰撞的过程当中，热量会大量地产生。那么，如此巨大的能量如果不能够马上被耗散出去，芯片就会被烧掉，不会继续工作，这是摩尔定律发展的最大阻碍。
　　那么，随着越来越密集、越来越快的计算，使我们科学家有非常好的机会来寻找新的原理，从而使摩尔定理能够继续有效。我们都非常熟悉高速公路，它采用了双向对开的模式，而我的研究结果是，做一个芯片的“高速公路”，使微电子能够在芯片层面上有序运行，各行其道而互不干扰。如果高速公路的运动模式能够运用到芯片上来的话，那么摩尔定理则会继续向前推进。
　　众所周知，硅谷带动了整个人类信息技术的发展。为什么信息技术的发展如此迅猛？这是因为在上世纪四十年代末，约翰·巴丁、威廉·肖克利等三位科学家发明了三极管，三极管推动了全球范围内的半导体电子工业。作为主要部件，它及时、普遍地在通讯工具方面得到应用，并产生了巨大的经济效益。由于三极管彻底改变了电子线路的结构，集成电路以及大规模集成电路应运而生，使制造高速电子计算机之类的高精密装置变成了现实。由于对人类生活的巨大改变，这三位科学家获得了1956年的诺贝尔物理学奖。其中，肖克利先生一直在斯坦福大学物理系任教，他和他的子弟们后来创办了很多的半导体公司，并逐步发展形成了今天谷歌这样的信息公司，进而促进了整个硅谷的发展。
　　今天，在全世界，尤其在我们中国，几乎每个地区都想成为新的硅谷，能够在全球范围内引领信息科技的下一个大发展进程。但是，如果没有一个历史性的机遇，我们将永远走在硅谷之后。按照中国古老的哲学，危机意味着有“危”也有“机”，而今天摩尔定理所遇到的危机，无疑为我们创造了一个新的历史机遇。如果我们能够找到一个新的原理，那么全球信息技术的格局将面临重新洗牌，在这个过程中，中国即有弯道超车的机会。所以，我的科学研究旨在实现让电子能够在芯片的层次实现高速公路那样的运行模式，能够各行其道而互不干扰。
　　拓扑绝缘体——新的技术革命
　　并且，我们在新能源、新材料上的技术研究，也要抓住科学界在国际范围内的研究趋势，让电子能够在新材料上按照车道的方式运行。所以，我所研究的拓扑绝缘体，真正在改变着大家对材料的认识。大家都知道，石墨烯是一种新型材料，其原子层是由碳原子组成的。拓扑绝缘体的结构与石墨烯一样，也是二维平面上的原子层，但它是一个蜂窝状结构，可以说是继石墨烯之后的，更具有优良性价比的新材料，它使得电子能够真正在芯片的层次上各行其道而互不干扰。同时，它也可以作为一个非常好的热电材料，能够把废热变为电能。如果没有最新的技术，我们在世界上总是要屈居人后。而目前，国际半导体设备与材料组织（SEMI）就半导体技术在下一阶段的发展前景曾发表一篇新的文章，文章指出，拓扑绝缘体材料能够真正带来半导体技术的革命。
　　同时，拓扑绝缘体的神奇之处还在于，它能够进行量子计算。量子计算与通常的计算机不同，它能够做出平行计算，使得它能在很短的时间内，计算出很多经典计算机都无法算出的结果。对这一材料的应用，有可能真正使中国在这一领域达到全世界领先水平。
　　由于我发明了拓扑绝缘体技术，所以与国内的科研院所、高校都有着非常紧密的合作。也得益于这一研究成果，使我获得了很多国际奖项，其中，法兰克林奖对我的影响非常深刻。首先，法兰克林先生是一个与众不同的、伟大的科学家。在我们读小学的时候就听到过他的故事，那是在一个雷电交加的日子，法兰克林先生曾利用系在风筝上的金属导电棒接引雷电，从而证明了闪电的科学原理。在这个过程中，他置生死于度外，可以说是非常了不起的；同时，他也是一个发明家，他发明的避雷针也造福了人类；他又是一个伟大的政治家，是美国独立宣言的起草者之一，因此，他的头像被永远地印在了100美元的纸币上；不仅止于此，他也是一个非常伟大的企业家。通常，一个人不会既是科学家又是企业家，但法兰克林就是这样的人；他还是一名成功的外交家等等，可以说，在很多领域，法兰克林先生都获得了巨大的成功，因此我为获得这一奖项而倍感荣幸。不仅如此，我的偶像爱因斯坦和牛顿也曾经是法兰克林奖的获得者，而我获得了这一奖项之后，其他曾经获得过这一奖项的居里夫人、霍金、杨振宁等人都成为了我的偶像，它使我的人生拥有了更多新的楷模。
　　可以说，法兰克林奖的获得，使我对整个人生有了一次重新的认识。在我们这个时代，科学家并不少，但是能够像法兰克林一样，全面开花、成功跨界的人却很少。所以我在想，在今天的中国，正是创新创业的大好时机，我能否利用我的学识，为中国的发展也作出一些贡献？ 
　　丹华资本——跨界直通车
　　我在斯坦福任教已经有23年之久，并于三年以前创办了一个风险投资基金——丹华资本，丹取自Stanford University （斯坦福大学，也译为史丹佛）中的“tan”音，华即中华。取这个名字的意思是，但愿能把斯坦福的研究成果与整个中国的创新大发展紧密结合起来。
　　在斯坦福，大约有三分之一的教师会住在学校里，也就是说，我的同事中，有很多成为了我的邻居。这使我有了非常多的机会与他们交流，而交流的过程就可以做出非常有效的跨界。而在我的邻居中，有一个人，因为突破了云计算里面一个非常核心的技术，从而带领了云计算的发展。也正基于此，他所创办的小小的公司，在上市之后，最高市值曾达到了480亿美元。而我在一个非常偶然的机会与他结识，并对他做了电视的投资，并获得了巨大的成功。
　　这并不偶然，斯坦福大学每届的师生中都会有人创办出非常成功的企业，这取决于斯坦福大学的学术支持力度。当年，在大萧条的时候，曾经有两位本科毕业生找不到工作，我们科学院的院长亲自签发了五千美金的支票，支持他们创业。还曾经有两个研究生，他们研究出了网络搜索排序的算法，准备把这个技术以100万美元的价格卖给雅虎，但是雅虎没有购买。在这种情况下，我们当时的一位教授为他们投资了10万美金，支持他们创办自己的企业，于是就有了谷歌。也正因为如此，斯坦福师生与很多世界级企业都有着很深的渊源。
　　基于这些成功的投资的案例，结合中国的双创背景，使得我开始深思，我们如何在这样的时代创造有影响力的企业？大家可能会问，创业都是一些小的公司，到底对国民经济能够带来多大的影响？我们有一个非常惊人的统计数据，就是在斯坦福大学，大概只有16000名学生，与国内许多大学都无法相提并论。但是如果把我们历届师生所创办的企业组成一个经济实体的话，它的GDP会占到全球第十名，这是一个非常非常惊人的数字。
　　如今，斯坦福以其优秀的研究体系成为全球顶尖的大学之一，斯坦福学子平均每年有1.5个诺奖获得者，这也使她成为了全球最难进的大学之一。我们的录取率低于4%，对中国大陆学生而言则是难上加难。中国有那么多人口，但是每年能够被斯坦福大学录取的本科生只有4到15位左右。因此，有这样一个优秀的研究体系的支撑，如果我们能够把投资面向经过斯坦福大学选择过的学生，真正能够投资于那些最优秀的科研成果，我想我们是一定会获得成功的。
　　所以，作为一个在斯坦福大学任教的中国人，在这样一个双创的年代，我想我能做出一些贡献。于是我决定创办一个风投机构，让那些有创新能力的人，能够像斯坦福的学生们得到历届老师的支持一样，也能够抓住最前沿的科学技术，能够得到好的投资机会。丹华资本建立在斯坦福悠久的金融体系、成功的研究体系、优秀的教育体系之上，力求成为产、学、研三足鼎立的顶级投资公司。
　　在这样一个科学创新的年代，我们要实现两个跨界，一个是把科学与投资真正地连接在一起，投资于最新、最前沿的科学领域。而对这些领域最为了解的，当然是在第一线工作的科学家们，所以科学家和企业家的联系就显得非常可贵；另一个是要在中国与硅谷之间打造一列“直通车”。
　　到目前为止，丹华资本已经创办了两期基金，第一期大约9200美元的基金规模，第二期有13亿美金。我们国内成功的企业像百度、阿里、新浪、携程、联想、药明康德、京东等等企业，都投了这个基金。而我要跟大家分享的喜讯是，我们准备做人民币基金，能够真正投资于斯坦福的中国学生所创办的企业，比如最优秀的人工智能企业。
　　我们现在投资覆盖的领域已经非常广，包括大数据、移动互联网、人工智能等等。比如机器人的核心技术有两个，一个是用云端大量的数据来做计算，但是只有一些大公司具备这样的能力。而如果是家用的小型机器人，它没有云端的计算能力，但是又需要有足够的智能，那么，能否在在一个小的芯片上做运算？我们就投到了这样一家公司，它们的技术是全球领先的，这是非常抢手的一个项目，我们准备把它孵化之后，在整个硅谷推广。
　　此外，我们还投资于三D眼镜领域里面是领先的AR、VR项目，有一家是mikishopping（音）做的flash，另一家是谷歌头的叫Magics（音）。由于虚拟现实是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身历其境一般，可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物。要实现这一目标，一定需要一个三维的相机。因此，我们还投了一家做三维相机的公司，看上去与普通相机无异，但是它真正能够做到三维的效果。进而，当把它的软件跟我们的芯片放在一起，就能够成功地带动无人机在飞行过程中真正不受限制地识别周围的三度空间场景。
　　同时，我们还投资于腾讯、联想以及李嘉诚先生的维港科技等等企业的项目，我们也希望与更多的企业家实现更广泛的合作。
　　人工智能的未来
　　生物科技领域也非常需要人工智能。通过人工智能，我们可以读x光图片、超声波图片、核磁共振图片等等医学图片，所以我们在生物科技领域也做出了科学的布局。人工智能之所以能够取得突飞猛进的成长，首先取决于前文所述的摩尔定律。由于我们的计算能力每过十八个月就翻倍，所以我们使用了GPU的芯片，可以做出非常迅速的信息处理。
　　机器所能够进行的信息处理比大脑的神经元迅速得太多，如果芯片能够模仿人的神经元的工作原理，那么芯片则可以组成一个能够进行深入学习的网状结构，这是人工智能突飞猛进的原因之一。然而，虽然大数据的存在使机器人能够进行快速的学习，但是人工智能目前却只是停留在仿生学的阶段。就如同远古时代，人类看到鸟儿在天上飞，于是就非常向往飞翔。最初，我们希望自己也能长出一双翅膀，比如伟大的科学家达芬奇就曾经试图设计过，怎样能够让人的身体长出翅膀，并且能够飞起来，这是简单的仿生学。但是人真正能够实现飞行，是由于我们理解了飞行的原理，那就是空气动力学，然后，大飞机出现了。大飞机的飞行原理虽然跟鸟的飞行不太一样，但却是从鸟的飞行中得到的启发。有了空气动力学，我们就可以造出比仿生学更先进的飞机。
　　而现在的人工智能还仅仅停留在现象层面，停留在仿生学，仿造人的神经元工作原理的水平上，我们真正要理解的是智能理论的基础，对我们来说，这是一个巨大的挑战。我认为，中国有足够多的人才，相信在这方面会有所作为，能够真正理解人工智能的理论基础。就像理解了空气动力学之后就可以制造飞机一样，一旦理解了人工智能的原理，我们才能够真正在人工智能方面突飞猛进地成长。
　　人工智能是一个新的物种，我们怎样才能知道这个物种已经降临了，或者这个物种已经超过人了呢？曾经有一位伟大的人工智能科学家，他提出的测试标准是，如果与一个机器人背对背地进行长时间的对话，但是直到对话完成，你都无法判断你背后的到底是机器人还是人，那就说明机器人达到了人的标准。我认为这个判断是不够科学的，因为人是通过复杂进化而达到的一个物种，我们有许多不理性的地方，而我们却很难让机器人也能够学会人的不理性，并且也没有这个必要。所以，我们需要一个完全客观的标准，去评价这个新物种已经真正演化到超过人的时代。
　　我们知道在100年以前，有人曾经成功地预言了引力波的存在，但是人类在2016年才探测到了引力波，从而证实了这个预言。那么，如果哪一天机器能够做出一个新的科学预言，人类通过实验，验证了它的正确性，这才说明机器人达到了人脑的地步，从而证明，人工智能时代的真正来临。而人工智能时代并不可怕，因为整个生物界也是一层一层建立起来的，并最终形成了完整的生态圈，所以我认为，未来的世界一定是人机互动的和谐世界。所以在今天这样一个激动人心的时代，在科技突飞猛进的时代，中国希冀能够从一个制造大国转向创造大国，那么人工智能将是一个非常好的方向。
　　有人问我，你到底对中国的发展有没有信心？中国哪一天能够真正赶上硅谷，成功成为真正的创新大国？我回答说，我非常有信心，过去多年，我始终能够感受到，在全球范围内，中国人都是最好学的。我们这个民族有着强大的学习精神和能力，并且曾创造过非常多的世界奇迹，我相信，未来，我们一定能够创造出更多的奇迹，创造出一个更加美好的未来。