胡伟

男， 中国科学技术大学， 教授/研究员/教授级高工或同等级别

学习/工作经历

2003-09 至 2007-07, 中国科学技术大学, 化学物理, 学士；
2005-09 至 2007-07, 中国科学技术大学, 计算机科学与技术, 学士；
2007-09 至 2013-12, 中国科学技术大学, 化学物理, 博士；
2014-01 至 2018-02, Lawrence Berkeley National Laboratory，博士后；
2018-03 至 2018-09, 中国科学技术大学, 合肥微尺度物质科学国家研究中心, 副研究员；
2018-03 至 2022-02, Lawrence Berkeley National Laboratory, 兼职科学家；
2018-10 至 2024-12, 中国科学技术大学, 合肥微尺度物质科学国家研究中心, 研究员；
2020-01 至 今, 合肥国家实验室, 分子体系量子调控理论与模拟研究室（双聘）, 研究员；
2022-01 至 今, 中国科学技术大学, 人工智能与数据科学学院（双聘）, 研究员；
2024-01 至 今, 中国科学技术大学, 化学与材料科学学院化学物理系（双聘）, 研究员；
2025-01 至 今, 中国科学技术大学, 精准智能化学全国重点实验室, 教授。

研究领域和兴趣

理论与计算化学

主要业绩

基于量子力学的第一性原理计算是揭示物质微观机理、连接材料设计与实验发现的核心理论与工具。然而，将计算模拟从理想模型推向真实实验材料与器件时，一个根本性挑战日益凸显：如何在计算精度、模拟规模和计算效率之间取得突破，实现“更准、更大、更快”的电子结构计算，以满足与复杂体系实验测量和前瞻材料设计深度融合的需求？具体而言，“更准”，要求发展高精度（高标度）电子结构理论方法，提高计算的准确性，使其计算结果能定量匹配乃至预测实验观测；“更大”，必须发展低标度计算方法，以降低高精度计算的计算复杂度，扩展可模拟体系的规模，以模拟实验中真实复杂材料材料；“更快”，则需要深度融合高性能计算方法，充分利用超级计算机的算力，发展高效的并行计算方法，加速电子结构计算的进程。近年来，第一性原理计算在高性能计算领域的重要性日益凸显，相关软件已多次获得或入围国际高性能计算应用领域的最高奖项“戈登·贝尔奖”。在理论与计算化学领域，美国太平洋西北国家实验室早在1994年便确立了“高性能计算化学”这一新兴学科，并系统性地发展了面向超级计算机的高性能计算化学软件。同时，我国在高性能计算硬件和软件领域均取得了重要进展，超级计算机（神威、曙光、天河和华为）的计算能力已处于国际领先水平，并自主研发了包括PWmat、ABACUS、BDF、LSQC、XMVB、XianCI、xDH、Kylin、WESP等在内的多个高性能计算化学软件。然而，但在关键理论与算法的源头创新、软件生态的自主完备性、以及对国产异构超算架构的深度适配等方面，仍面临严峻挑战。尤其在国际软件对我国实施技术封锁的背景下，发展自主可控的高性能第一性原理计算平台，已不仅是科学前沿突破的需要，更是保障国家科技自立自强的战略必由之路。因此，面向国家新一代超级计算战略设施，研发兼具高精度、低标度与极致并行效率的第一性原理计算软件，已成为一项亟待攻克的核心系统工程。这要求从理论方法、数值算法、程序实现到软硬件协同优化进行全链条创新，推动材料研究从“经验试错”向“理性设计”的范式变革。

申请人的主要研究方向是理论与计算化学。针对凝聚相复杂体系的高精度电子结构计算，开拓和发展了多种数值算法以降低多中心积分计算的标度和加快自洽场迭代收敛的速度，其中包括插值可分离密度拟合ISDF算法、自适应压缩交换ACE算符、机器学习聚类算法、迭代子空间投影对易直接求逆PCDIIS算法、投影始终稳定预测修正PASPC波函数外推方法和双层自洽场迭代算法，同时提出了相应的高性能并行计算方法，特别是面向国产超级计算机，开发了第一性原理高性能并行计算软件，实现了百万原子千万核心并行第一性原理计算。而且，通过电子结构计算和从头算动力学模拟，提出新型物理模型，结合高通量计算和机器学习逆向设计多功能材料，为实验提供有效的理论保障。
申请人及合作者参与开发了四款针对复杂凝聚相体系的第一性原理密度泛函理论高性能计算软件，包括：针对复杂超大体系的高性能并行计算软件DGDFT，在美国Edison和Cori超级计算机，国产神威•太湖之光和神威•海洋之光超级计算机上，实现了针对超百万原子体系的（2,508,800原子）、平面波精度的、超大规模（614,400进程/39,936,000核心）电子结构计算；基于数值原子轨道的线性标度计算软件HONPAS，在国产天河超级计算机上，实现了大规模杂化泛函高性能并行计算；基于平面波基组的基态杂化泛函和激发态低标度电子结构计算软件PWDFT（10,648原子/42,592 CPU核）以及教学科研科普软件KSSOLV（支持四种解释性语言：MATLAB、Octave、Python和Baltamatica）。
目前，申请人已承担科研项目15余项，已发表SCI学术期刊论文110余篇（被引用5500余次），其中第一或通讯作者80余篇，包括Nature（1篇）、 J. Am. Chem. Soc.（3篇）、J. Chem. Theory Comput.（10篇）、J. Chem. Phys.（9篇）、J. Phys. Chem. A（6篇）、Nano Lett.（6篇）、J. Phys. Chem. Lett.（6篇）等，其中，高性能计算软件DGDFT成果“神威•太湖之光超级计算机首次实现千万核心并行第一性原理计算模拟”作为我国在“战略高技术领域取得的新跨越”的十项代表性成果之一，入选习总书记在2021年两院院士大会和中国科协第十次全国代表大会上的讲话。在新一代神威•海洋之光超级计算机上使用4千万核心，首次实现了250万原子复杂金属异质结的电子结构计算模拟，入围2022年全球超级计算大会“戈登·贝尔”奖提名，同时获得2022年全国高性能计算学术年会中国超算最佳应用奖和2022年中国科学技术大学杰出研究校长奖。申请人曾获2018年中国科学院“百人计划”（2020年通过中国科学院择优项目支持），2020年中国化学会唐敖庆理论化学青年奖和2023年教育部青年长江学者。

代表成果

(1) Yonghui Song; Bo Li; Zijian Wang; Xiaolin Tai; Guanjie Ding; Zidu Li; Jingming Hao; Kuanghui Song; Lizhe Feng; Yalan Hu; Yichen Yin; Baisheng Zhu; Guozhen Zhang; Huanxin Ju; Guanhaojie Zheng; Wei Hu; Yue Lin; Fengjia Fan; Hongbin Yao; Intragrain 3D Perovskite Heterostructure enabled Ultrabright, Efficient and Low Efficiency Roll-Off Pure-Red PeLEDs, Nature, 641, 352 (2025).
(2) Junwei Feng; Junshi Chen; Xiangyu Zhang; Junhui Liu; Xinming Qin; Lingyun Wan; Sheng Chen; Wentiao Wu; Bingkun Hou; Yexuan Lin; Yihong Zhang; Zechuan Zhang; Yijun Hu; Weile Jia; Hong An; Jinlong Yang; Wei Hu; Million-Atom Ab Initio Electron Dynamics: Discontinuous Galerkin RealTime Time-Dependent Density Functional Theory, SC25: International Conference for High Performance Computing, Networking, Storage and Analysis, 1874-1887 (2025).
(3) Kai Wu; Yingzhou Li; Wentiao Wu; Lin Lin; Wei Hu; Jinlong Yang; Hamiltonian Transformation for Accurate and Efficient Band Structure Interpolation, Npj Computational Materials, 11, 217 (2025).
(4) Mingyu Qiu; Zhenlin Zhang; Zhiyuan Zhang; Yexuan Lin; Yingzhou Li; Jinlong Yang; Wei Hu; Improved Correlation Optimized Virtual Orbital Algorithm for Plane-Wave Full Configuration Interaction Calculations, Journal of Chemical Theory and Computation, 21, 6559 (2025).
(5) Zhaolong Luo; Xinming Qin; Wei Hu; Jinlong Yang; Low-Rank Approximations for Accurate and Efficient Plane-Wave Second-Order Møller-Plesset Perturbation Theory, Journal of Chemical Theory and Computation, 21, 8787 (2025).
(6) Wentiao Wu; Zhengbang Zhou; Qingcai Jiang; Junwei Feng; Xinming Qin; Huanhuan Ma; Zhenwei Cao; Junshi Chen; Sheng Chen; Xinyong Meng; Bingkun Hou; Yuanfan Xiong; Linhao Wang; Yixuan Sun; Hong An; Jinlong Yang; Wei Hu; Enabling 13K-Atom Excited-State GW Calculations via Low-Rank Approximations and HPC on the New Sunway Supercomputer, SC24: International Conference for High Performance Computing, Networking, Storage and Analysis, 61, 1–14, (2024).
(7) Xinming Qin; Wei Hu; Jinlong Yang; Interpolative Separable Density Fitting for Accelerating Two-Electron Integrals: A Theoretical Perspective, Journal of Chemical Theory and Computation, 2023, 19, 679 (2023).
(8) Wei Hu; Hong An; Zhuoqiang Guo; Qingcai Jiang; Xinming Qin; Junshi Chen; Weile Jia; Chao Yang; Zhaolong Luo; Jielan Li; Wentiao Wu; Guangming Tan; Dongning Jia; Qinglin Lu; Fangfang Liu; Min Tian; Fang Li; Yeqi Huang; Liyi Wang; Sha Liu; Jinlong Yang; 2.5 Million-Atom Ab Initio Electronic-Structure Simulation of Complex Metallic Heterostructures with DGDFT, SC'22: Proceedings of the International Conference on High Performance Computing, Networking, Storage and Analysis 5, 1–13, ACM Gordon Bell finalist (2022).
(9) Jiajia Chen; Kai Wu; Wei Hu; Jinlong Yang; High-Throughput Inverse Design for 2D Ferroelectric Rashba Semiconductors, Journal of the American Chemical Society, 144, 20035 (2022).
(10) Jielan Li; Wei Hu; Jinlong Yang; High-Throughput Screening of Rattling-Induced Ultralow Lattice Thermal Conductivity in Semiconductors, Journal of the American Chemical Society, 144 4448 (2022).

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