同步輻射光源是20世紀應用最廣泛的高性能X射線源，已成為能源環境、生物醫學、先進材料等現代前沿科學技術研究的重要工具。為了滿足各學科領域對先進光源的持續需求,世界各主要國家均在積極開展第四代同步輻射光源的物理設計和工程建設向過程標準化和智能化的光源設備升級。新的測量技術、探測器的技術進步、多模態數據利用和數據分析算法的進步在推動同步輻射的智能化升級的同時，其數據分析、光束線控制、設備利用效率等方面也面臨著挑戰。得益于計算機科學和理論的迅速發展，包括分子模擬、機器學習（machine learning，ML）及數字孿生等在內的先進方法逐步成為應對高能物理裝置運行以及數據處理挑戰的有效工具，進一步提升裝置利用效率、降低運行成本、加速材料發現、有效發揮大科學裝置射線表征實驗的解析效能。

數字孿生綜合利用大數據和人工智能（artificial intelligence，AI）等通用技術，借助信息技術刻畫一個跟現實世界實體高度逼真的數字孿生模型通過連接與數據實現數字孿生體與物理實體的交互共生。數字孿生的概念最早在2003年被提出，隨著越來越多的行業采用該技術，數字孿生市場正在并將繼續增長，因為它具有降低運營成本和時間、提高現有系統的生產力、改善維護、簡化可訪問性、創造更安全的工作環境等潛力。在數據和模型的驅動下，數字孿生可以進行監控、仿真、預測、優化等。數字孿生作為一項前沿技術，正在不斷地演化和拓展其應用領域。

中國科學院高能物理研究所趙麗娜研究員課題組基于上述同步輻射裝置、數字孿生技術發展趨勢與挑戰分析，在《科學通報》發表評述文章，提出數字孿生技術能夠推動同步輻射裝置數字化、智能化發展的重要論點。文章首先對同步輻射及數字孿生的國內外研究現狀進行了客觀梳理，進一步論述了數字孿生在加速器調優、光束線調控、全生命周期管理及預測等同步輻射實際應用方面的國內外研究進展與應用趨勢，重點分析了同步輻射科學發現中的數字孿生研究進展與貢獻，并展望了未來在能源、催化、醫療等同步輻射應用出口中數字孿生潛在結合的前瞻性優勢。在此基礎上，論述了在先進同步輻射科學發現中數字孿生的部署要點，尤其重點評估了多尺度分子模擬驅動的新型數字孿生在同步輻射科學研究中的部署及應用可行性。該工作有望為未來依托同步輻射開展的多學科基礎研究提供數字孿生助力的智能化解決方案。

數字孿生在先進同步輻射光源部署應用的評估與展望

徐德庭, 葉芬, 鄭雷, 馬陳燕, 沈治邦, 陳昭, 趙麗娜*. 數字孿生在先進同步輻射光源部署應用的評估與展望. 科學通報, 2024, 69(36): 5225–5241

doi: 10.1360/TB-2024-0955

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