Wie Peking ein Zementwerk in einen Magneten für die internationale Mathematik verwandelte

Vom Fabrikgelände zum Campus am Yanqi-See

Am nördlichen Rand Pekings befindet sich heute in einem ehemaligen Zementwerk ein florierendes Zentrum für Mathematik. Das Beijing Institute of Mathematical Sciences and Applications, kurz Bimsa, liegt am Yanqi-See. Von dort bietet sich ein Blick auf die Berge und an klaren Tagen auch auf die Große Mauer. Im Inneren kommen Forschungsgruppen in hellen Räumen zusammen, um sich mit Geometrie, Algebra, Quantenfeldern und Stringtheorie zu befassen. Die Umgebung ist ruhig, die Ambitionen sind groß. Das Institut ist zu einem Treffpunkt für Mathematiker aus vielen Ländern geworden, die Zeit, Kooperationspartner und Ressourcen benötigen, um schwierige Probleme anzugehen.

Bimsa ist schnell gewachsen. Das Institut beschäftigt mehr als 200 Vollzeitforscher, von denen etwa ein Drittel aus dem Ausland kommt. Mathematiker aus verfeindeten Ländern, darunter der Ukraine und Russland, arbeiten Seite an Seite und tauschen sich an der Tafel aus. Für Gastwissenschaftler ist die Anziehungskraft offensichtlich: Sie beschreiben eine Aktivität auf hohem Niveau, eine Vielfalt an Disziplinen und eine Dichte an Fachwissen, wie sie an einem einzelnen Campus selten ist.

Das Institut wird gemeinsam von der Stadtregierung Peking und der Tsinghua-Universität getragen. Dieses Finanzierungsmodell ermöglicht attraktive Vergütungspakete für etablierte und jüngere Forscher. Laut Unterlagen des Instituts und Stellenausschreibungen reichen die Jahresgehälter von 700.000 bis 3,5 Millionen Yuan. Hinzu kommt eine Struktur, die den Verwaltungsaufwand minimiert, damit sich die Lehrenden überwiegend der Forschung und Seminaren widmen können.

Das Konzept spiegelt die Führungsarbeit des Gründungsdekans und Präsidenten Shing-Tung Yau wider. Der Fields-Medaillen-Träger hat mit seiner Arbeit die Differentialgeometrie und die mathematische Physik geprägt. Sein internationales Renommee hat dabei geholfen, etablierte Forscher und vielversprechende Nachwuchskräfte zu gewinnen und Bimsa zugleich mit einem globalen Netzwerk aus Instituten und Konferenzen zu verbinden.

Was ist Bimsa und wie arbeitet das Institut?

Bimsa versteht sich als offener Forschungscampus, der sich sowohl der Grundlagenforschung als auch der angewandten Forschung widmet. Etwa die Hälfte des Instituts befasst sich mit angewandter Mathematik, ein Viertel mit reiner Mathematik und der Rest mit interdisziplinären Bereichen wie künstlicher Intelligenz und Datenwissenschaft. Auf dem Campus finden regelmäßig Seminare, Workshops und Lesegruppen statt, die die Zusammenarbeit über Gruppen und Fachgebiete hinweg fördern.

Breites Forschungsspektrum

Die Forschung umfasst algebraische Geometrie, algebraische Topologie, Analysis und Geometrie, Zahlentheorie, mathematische Physik und allgemeine Relativitätstheorie, Quantenfelder und Stringtheorie, Quantensymmetrie, Kryptografie, numerische Mathematik, Statistik und Wahrscheinlichkeitstheorie. Im angewandten Bereich befassen sich die Lehrenden mit maschinellem Lernen, Optimierung, Algorithmen für wissenschaftliches Rechnen und mathematischen Modellen komplexer Systeme, darunter auch Projekte zur digitalen Wirtschaft.

Wöchentliche Treffen sollen sicherstellen, dass sich die Forscher auch über Fortschritte außerhalb ihrer Spezialgebiete auf dem Laufenden halten. Dabei stellen Lehrende aus verschiedenen Fachbereichen die wichtigsten aktuellen Ergebnisse und Methoden vor. Ziel ist es, neue Ideen und Kooperationen anzustoßen und die Zeitspanne zwischen einem Durchbruch in einem Gebiet und seiner Anwendung in einem anderen zu verkürzen.

Der südkoreanische theoretische Physiker Kimyeong Lee, der in den Vereinigten Staaten und in Asien gearbeitet hat, hob das Ausmaß und die Intensität des täglichen Austauschs bei Bimsa hervor. Große Hochschulen in den USA verfügten zwar über umfangreiche Ressourcen, doch an kleineren Fachbereichen könne leicht ein Gefühl der Isolation entstehen. Bei Bimsa sei der Alltag anders, sagte er.

In den USA gibt es viele hervorragende Universitäten, doch kleinere Einrichtungen bieten mitunter nur begrenzte Möglichkeiten. Bei Bimsa findet überall Austausch statt.

Lehre und Nachwuchsförderung

Viele Bimsa-Forscher lehren auch am Qiuzhen College der Tsinghua-Universität, das 2021 eröffnet wurde, um Studierende auf eine Forschungslaufbahn in Mathematik vorzubereiten. Die Dozenten beschreiben die Studierenden als hoch motiviert und aufnahmefähig – ein Zeichen dafür, dass Peking eine breite Grundlage für künftige Hochschullehrende und Forscher in der Industrie schafft.

Der russische Mathematiker Semen Artamonov, der am Institut lehrt, beschrieb das Tempo im Hörsaal knapp und anschaulich.

Es ist, als würden sie den Stoff bereits kennen und wären für anspruchsvollere Inhalte gekommen.

Eine globale Bühne: der Internationale Kongress für Grundlagenwissenschaften

Seit 2023 richtet Bimsa den International Congress of Basic Science aus. Die zweiwöchige Veranstaltung bringt Fields-Medaillen-Träger, Turing-Preisträger, Nobelpreisträger und Wissenschaftler aus Mathematik, Physik und Informatik zusammen. Das Programm umfasst Vorträge, Podiumsdiskussionen und Preisverleihungen, bei denen einflussreiche Arbeiten und Lebensleistungen gewürdigt werden. Zu den Organisatoren und Ausschussmitgliedern zählten führende Persönlichkeiten aus Mathematik und Physik.

Beim Kongress werden die Frontiers of Science Awards verliehen. Sie würdigen herausragende Arbeiten der vergangenen Jahre in Mathematik, theoretischer Physik und Informatik. Zu den Preisträgern des ersten Kongresses gehörten die Mathematiker Máté Matolcsi und László Végh, deren Arbeiten in ihren Fachgebieten große Beachtung fanden. Dazu zählten Fortschritte bei lang ungelösten Problemen und algorithmische Durchbrüche. Preise für das Lebenswerk gingen an Wissenschaftler, deren Beiträge ganze Forschungszweige geprägt haben.

Der iranische theoretische Physiker Mohammad Hossein Yavartanoo, heute Professor bei Bimsa, beschrieb das Ausmaß der Veranstaltung in einfachen Worten.

Es war eine sehr große Veranstaltung. So etwas hatte ich nirgendwo sonst auf der Welt erlebt.

Solche Treffen ermöglichen Nachwuchsforschern den direkten und intensiven Austausch mit führenden Wissenschaftlern ihres Fachgebiets. Zugleich stärken sie die Campus-Kultur, zu der offene Diskussionsrunden über ungelöste Probleme und Intensivkurse gehören. Für Bimsa signalisieren sie auch der internationalen Gemeinschaft, dass Peking ein Knotenpunkt für Grundlagenforschung werden will – und nicht nur für angewandte Projekte mit kurzfristigem wirtschaftlichem Nutzen.

Grenzüberschreitende Zusammenarbeit in Zeiten von Konflikten

Zum Alltag bei Bimsa gehört die Zusammenarbeit zwischen Mathematikern aus Ländern, die politisch miteinander zerstritten sind. Das Institut legt Wert darauf, Forscher aus der Ukraine und Russland willkommen zu heißen, und überträgt diese Haltung auch auf institutionelle Partnerschaften. Ein Beispiel ist das gemeinsam mit der Moskauer HSE University gestartete Projekt Geometry and Physics, das sich auf die homologische Spiegelsymmetrie und birationale algebraische Geometrie konzentriert. Die Zusammenarbeit umfasste Konferenzen in Peking und Moskau, die in Präsenz und online stattfanden und erfahrene Wissenschaftler mit Nachwuchsforschern zusammenbrachten.

Im November 2024 versammelte eine gemeinsame Konferenz zu algebraischer Geometrie und mathematischer Physik mehr als 30 Mathematiker. Unter den Vortragenden waren drei Fields-Medaillen-Träger. Ein großer Teil des Programms war Doktoranden und Postdoktoranden aus China und Russland gewidmet, die neue Arbeiten vorstellten und von erfahrenen Wissenschaftlern lernten. Ziel ist es, durch wiederkehrende Veranstaltungen und gemeinsame Projekte langfristige Kooperationen anzustoßen, statt es bei einzelnen Besuchen zu belassen.

Valery Gritsenko, Leiter des Internationalen Labors für Spiegelsymmetrie und Automorphe Formen an der HSE, fasste den Wert dieser Programme für Nachwuchswissenschaftler zusammen.

Für die neue Generation von Mathematikern war es eine großartige Lernerfahrung.

Für einzelne Forscher ist die Anziehungskraft des Instituts ebenso sehr eine Frage der Zeit wie des Talents. Der ukrainische Mathematiker Yevgen Makedonskyi hob hervor, wie frei er sich auf dem Campus am Yanqi-See seiner Arbeit widmen kann.

Bimsa ist einer der wenigen Orte auf der Welt, an denen ich Mathematik betreiben kann, ohne mir um fast alles andere Sorgen machen zu müssen.

Finanzierung, Gehälter und der Wettbewerb um Talente

Die Vergütung und Unterstützung bei Bimsa helfen dem Institut, sowohl etablierte Wissenschaftler als auch vielversprechende Nachwuchskräfte zu gewinnen. Öffentliche Stellenausschreibungen nennen Jahresgehälter von 700.000 bis 3,5 Millionen Yuan sowie zusätzliche Forschungsmittel, Unterstützung bei der Wohnungssuche und Fördermöglichkeiten. Das Institut baut seine Forschungsgruppen und Stellen weiter aus. Die Positionen reichen von Postdoktoranden bis hin zu Professuren.

Auch die Umgebung des Campus ist ein Anziehungspunkt. Durch die Nähe zu Tsinghuas Yau Center for Mathematical Sciences sind gemeinsame Seminare, die Betreuung von Studierenden und campusübergreifende Projekte möglich. Die Lage nahe den Bergen bietet ein ruhiges Umfeld für die Forschung. Der umliegende Wissenschaftspark Huairou hat sich zu einem Zentrum für Institute und Labore der Grundlagenforschung entwickelt.

China hat in den vergangenen zehn Jahren seine Mittel für die Grundlagenforschung erhöht. Gleichzeitig erzielten Universitäten in den Natur- und Ingenieurwissenschaften bessere Platzierungen in Rankings, und es entstanden neue langfristige Förderprogramme für die Grundlagenforschung. Die Finanzierung ist weiterhin stark von staatlicher Unterstützung abhängig, doch auch nichtstaatliche Programme gewinnen an Sichtbarkeit. Diese Entwicklungen haben Instituten wie Bimsa die Planung mehrjähriger Forschungsvorhaben in reiner und angewandter Mathematik erleichtert und ihnen ermöglicht, international mit attraktiven Angeboten um Fachkräfte zu werben.

Warum Mathematik, KI und Industrie zusammenwachsen

Im Zeitalter der KI hängen viele der komplexesten Probleme von mathematischen Erkenntnissen ab. Wu Rongling, stellvertretender Leiter von Bimsa, argumentiert, dass die Kontrolle über fortschrittliche KI weit mehr erfordert als größere Datensätze und mehr Rechenleistung. Er verknüpft die Forschungsziele des Instituts mit den übergeordneten strategischen Technologiezielen Chinas.

Wu zufolge ist eine solide mathematische Grundlage unerlässlich, um bei KI-Frameworks und -Werkzeugen eigenständig Innovationen voranzutreiben. Er hat seine Argumentation einfach formuliert.

Nur wenn wir die Mathematik selbst beherrschen, können wir eigene KI-Frameworks entwickeln.

Moderne KI stützt sich auf lineare Algebra, Wahrscheinlichkeitstheorie und Optimierung. Diese Methoden sind ein Anfang, doch viele industrielle und wissenschaftliche Probleme weisen Strukturen auf, die gängige Modelle nicht erfassen. So lassen sich etwa starre Bedingungen in der Molekulardynamik, Symmetrien und Erhaltungssätze in der Physik oder topologische Beschränkungen in Materialien ohne eine mathematische Struktur, die sie vorgibt, nur schwer erlernen. Werden solche Strukturen in die Modellarchitektur und die Trainingsziele integriert, benötigen Systeme weniger Trainingsbeispiele und sind robuster.

Die aktuelle Herausforderung besteht Wu zufolge in der Kluft zwischen der Komplexität realer Probleme und der Einfachheit vieler eingesetzter Modelle. Der nächste Schritt sei, fortgeschrittene Mathematik in den Kern von KI-Systemen einzubringen, um diese Beschränkungen zu berücksichtigen und den enormen Rechenaufwand zu verringern, den das Training nach dem Prinzip der rohen Gewalt oft erfordert.

KI nutzt heute grundlegende Mathematik, aber reale Probleme sind komplex. Komplexe Probleme erfordern komplexe Werkzeuge.

Zu den praktischen Vorteilen könnten eine schnellere Entwicklung von Medikamenten dank besserer Molekülmodellierung, zuverlässigere Vorhersagen für Klima- und Strömungssysteme oder Verbesserungen bei der Entwicklung von Materialien und technischen Lösungen zählen. Diese Bereiche entsprechen den Interessen mehrerer Bimsa-Forschungsgruppen sowie den angewandten Programmen an der Tsinghua-Universität und ihren Partnereinrichtungen.

Öffentlichkeitsarbeit, Museen und Wissenschaftsvermittlung

Bimsa versucht, eine Forschungskultur aufzubauen, die schon früh ansetzt. Lehrende beteiligen sich an Schülerwettbewerben, Sommercamps und Themenworkshops des Yau Center for Mathematical Sciences der Tsinghua-Universität. Auf dem Campus wurde das Yanqi Lake Mathematics Museum eröffnet. Mit interaktiven Exponaten vermittelt es Schülern und Besuchern grundlegende Ideen und berühmte Probleme. So soll reine Mathematik zugänglicher werden und künftige Forscher inspirieren.

Im angewandten Bereich haben Bimsa-Labore Projekte mit Unternehmen und staatlichen Partnern verfolgt. Dazu gehören Indizes und Modellierungsarbeiten zur digitalen Wirtschaft, in denen Messverfahren und statistische Methoden für Politik und Wirtschaft wichtig sind. Diese Programme geben Studierenden Einblick in reale Datensätze und konkrete Rahmenbedingungen, während die Forschung auf grundlegenden Prinzipien beruht.

Herausforderungen im Blick

Der rasante Aufstieg von Bimsa bringt auch Herausforderungen mit sich. Die internationale Zusammenarbeit in der Wissenschaft ist weiterhin politischen Spannungen, Exportkontrollen und Visabeschränkungen ausgesetzt. Konferenzen, gemeinsame Labore und Studierendenaustausche benötigen verlässliche Kanäle und berechenbare Regeln, damit die Zusammenarbeit an Fahrt gewinnt. Pekings umfassendere Wissenschaftsdiplomatie hat dem Institut Partner verschafft, darunter Universitäten in Asien und Europa. Diese Offenheit aufrechtzuerhalten erfordert jedoch kontinuierliche Aufmerksamkeit.

Die Leitung des Campus legt großen Wert darauf, die Forscher von umfangreichen Verwaltungsaufgaben und politischer Einflussnahme freizuhalten. Diesen Standard auch während des Wachstums des Instituts zu bewahren, wird die interne Leitung auf die Probe stellen. Eine vielfältige Professorenschaft zu gewinnen, Neuzugänge reibungslos zu integrieren und reine sowie angewandte Forschung in großem Maßstab auszubalancieren – das sind praktische Herausforderungen, die mit dem Wachstum einhergehen.

Auch eine stabile Finanzierung ist entscheidend. Staatliche Haushaltsmittel haben das Wachstum des Instituts ermöglicht. Neue Förderprogramme der Philanthropie in China erhöhen zudem die Unterstützung für die Grundlagenforschung durch mehrjährige Zuschüsse. Eine breitere Basis langfristig orientierter Geldgeber würde die Planung von Einstellungsphasen, großen Konferenzen und umfangreichen Projekten erleichtern, die nicht in jährliche oder kurzfristige Förderzeiträume passen.

Die wichtigsten Punkte

• Bimsa im Norden Pekings hat ein ehemaliges Zementwerk in einen lebendigen Mathematikcampus mit mehr als 200 Vollzeitforschern und einer starken internationalen Präsenz verwandelt.
• Das Institut wird von der Stadtregierung Peking und der Tsinghua-Universität getragen und bietet attraktive Vergütungspakete, mit denen es Fachkräfte aus aller Welt gewinnen kann.
• Das Forschungsspektrum reicht von reiner und angewandter Mathematik bis hin zu interdisziplinären Bereichen wie KI, Datenwissenschaft und mathematischer Physik.
• Seit 2023 richtet Bimsa den International Congress of Basic Science aus, eine große Zusammenkunft führender Wissenschaftler, bei der auch die Frontiers of Science Awards verliehen werden.
• Partnerschaften, darunter ein Projekt zu Geometrie und Physik mit der HSE University, ermöglichen gemeinsame Konferenzen und Förderprogramme für Nachwuchsforscher.
• Die Institutsleitung betont, dass eine starke mathematische Grundlage für eigenständige Fortschritte bei KI und der Modellierung komplexer realer Probleme entscheidend ist.
• Programme zur Wissenschaftsvermittlung, ein Mathematikmuseum und Schülerwettbewerbe fördern den wissenschaftlichen Nachwuchs und verbinden reine Theorie mit dem Austausch mit der Öffentlichkeit.
• Zu den zentralen Herausforderungen zählen der Erhalt offener internationaler Zusammenarbeit, die Sicherung der Forschungsfreiheit und eine breitere Basis langfristiger Finanzierungsquellen.