В этом году премию разделили ученые из США и Канады
Во вторник, 8 октября, Королевская шведская академия наук объявила имена лауреатов Нобелевской премии по физике. Лауреатами 2024 года стали американец Джон Дж. Хопфилд из Принстонского университета и канадец Джеффри Э. Хинтон из Университета Торонто «за фундаментальные открытия и изобретения, позволяющие машинному обучению с использованием искусственных нейронных сетей». Эти ученые обучали искусственные нейронные сети с помощью физики.
Два лауреата Нобелевской премии по физике этого года использовали физические инструменты для разработки методов, которые являются основой современного мощного машинного обучения. Джон Хопфилд создал ассоциативную память, которая может хранить и восстанавливать изображения и другие типы шаблонов в данных. А Джеффри Хинтон изобрел метод, который может автономно находить признаки в данных и, таким образом, выполнять такие задачи, как определение определенных признаков в изображениях.
Когда мы говорим об искусственном интеллекте, мы часто подразумеваем машинное обучение с использованием искусственных нейронных сетей, говорится на сайте Нобелевской премии. Эта технология изначально была основана на структуре мозга. В искусственной нейронной сети нейроны мозга представлены узлами, имеющими разные значения. Эти узлы влияют друг на друга через связи, которые можно сравнить с синапсами и которые можно усилить или ослабить. Сеть обучается, например, создавая более сильные связи между узлами, имеющими одновременно высокие значения. Лауреаты этого года проделали важную работу с искусственными нейронными сетями с 1980-х годов.
Джон Хопфилд изобрел сеть, которая использует метод для хранения и воссоздания шаблонов. Мы можем думать об узлах как о пикселях. Сеть Хопфилда использует физику, которая описывает характеристики материала, связанные с его атомным вращением — свойство, которое превращает каждый атом в крошечный магнит. Сеть в целом описывается способом, эквивалентным энергии в системе вращения, используемой в физике, и обучается путем нахождения значений для связей между узлами таким образом, чтобы сохраненные изображения имели низкую энергию. Когда сеть Хопфилда получает искаженное или неполное изображение, она методично обрабатывает узлы и обновляет их значения, чтобы снизить потребление энергии сетью. Таким образом, сеть работает поэтапно, чтобы найти сохраненное изображение, которое наиболее похоже на несовершенное, с которым оно было передано.
Джеффри Хинтон использовал сеть Хопфилда в качестве основы для новой сети, которая использует другой метод, машину Больцмана. Это может научиться распознавать закономерности в определенном типе данных. Хинтон использовал инструменты из статистической физики, изучения систем, состоящих из множества схожих компонентов. Машина учится, подавая ей примеры, которые, скорее всего, возникнут при запуске машины. Машину Больцмана можно использовать для классификации изображений или генерации новых примеров того типа закономерности, на котором она была обучена. Хинтон развил эту работу, помогая вызвать взрыв машинного обучения, который мы видим сегодня.
“Работа лауреатов уже принесла наибольшую пользу. В физике мы используем искусственные нейронные сети в различных областях, таких как разработка новых материалов со специальными свойствами», — говорит Эллен Мун, председатель Нобелевского комитета по физике.
В прошлом году, как мы помним, Нобелевская премия по физике была присуждена Пьеру Агостини, Ференцу Краусу и Анне Л'Юлье за эксперименты, которые предоставили новые инструменты для исследования мира электронов внутри атомов и молекул. Эти ученые продемонстрировали способ создания чрезвычайно коротких импульсов света, которые можно использовать для измерения быстрых процессов, посредством которых электроны движутся или изменяют энергию.
Как обычно, в преддверии Нобелевской недели различные эксперты делали прогнозы о лауреатах Нобелевской премии по физике 2024 года. Например, швейцарская пресса выразила надежду, что Кристоф Гербер из Базельского университета может быть удостоен Нобелевской премии по физике за разработку атомно-силового микроскопа. Гербер представил этот микроскоп высокого разрешения в 1986 году. При этом методе исследуемый объект рассматривается не через линзу, как в световом микроскопе. Вместо этого по нему скользит что-то вроде зонда — крошечный наконечник на пружинном стержне. Пружинный стержень отклоняется под действием сил притяжения и отталкивания, исходящих от молекул и атомов. Это отклонение регистрируется и преобразуется в цифровое изображение с помощью программного обеспечения. Атомно-силовая микроскопия имеет большое значение для различных областей исследований. Например, исследователи смогли использовать его для точного позиционирования отдельных атомов и, таким образом, создавать новые структуры, такие как крошечные электронные компоненты или новые типы датчиков для медицинской диагностики.
По данным американской компании Clarivate, у Рафи Бистрицера (Израиль), Аллана Макдональда из Техаса и Пабло Харильо-Эрреро из Массачусетса были хорошие шансы – «за новаторский теоретический и экспериментальный вклад в физику двухслойного графена с магическим углом и связанных с ним муаровых квантовых устройств».
А также Дэвид Дойч из Оксфорда и профессор прикладной математики Массачусетского технологического института Питер Шор «за революционный вклад в квантовые алгоритмы и вычисления».
Имя вышеупомянутого швейцарского ученого Кристофа Гербера также было упомянуто «за изобретение и применение атомно-силовой микроскопии».
Напомним, что имена номинантов на Нобелевскую премию по физике, как и другая информация о номинациях, держатся в секрете и не могут быть раскрыты до истечения пятидесяти лет. Процесс выдвижения и отбора кандидатов начинается с рассылки Нобелевским комитетом по физике конфиденциальных форм компетентным лицам. Право вносить предложения о присуждении Нобелевской премии по физике имеют: шведские и иностранные члены Королевской шведской академии наук; члены Нобелевского комитета по физике; лауреаты Нобелевской премии по физике; профессора физических наук в университетах и технологических институтах скандинавских стран, а также в Каролинском институте в Стокгольме и т. д.
Королевская Шведская академия наук отвечает за отбор лауреатов, назначая рабочий орган (Нобелевский комитет по физике), который затем рассматривает номинации и вносит предложения по определению окончательных кандидатов.
Всего с 1901 по 2023 год Нобелевская премия по физике присуждалась 117 раз, и только в 47 случаях награда доставалась одному лауреату, в остальных случаях она делилась между несколькими учеными.
Таким образом, за прошедшие годы премию получили 225 человек, в том числе американец Джон Бардин — единственный в истории двукратный лауреат Нобелевской премии по физике (впервые он был награжден премией совместно с Уильямом Брэдфордом Шокли и Уолтером Браттейном в 1956 году, а затем повторно в 1972 году совместно с Леоном Нилом Купером и Джоном Робертом Шриффер, «за их фундаментальную теорию обычных сверхпроводников»).
По состоянию на 2023 год только пять женщин получили премию по физике.
Последним лауреатом премии в прошлом году стала Анна Люлье. До нее премия по физике была присуждена Марии Кюри (которая, как известно, получила не только премию по физике в 1903 году, но и премию по химии в 1911 году), Марии Гепперт-Майер (она была награждена совместно с Гансом Йенсеном в 1963 году «за открытия, касающиеся оболочечной структуры ядра»), Донне Стрикленд из Канады, награжденной в 2018 году за «новаторские изобретения в области лазерной физики», и американке Андреа Гетц в 2020 году. <стр>Самым молодым лауреатом в этой номинации долгое время был австралиец Лоуренс Брэгг, получивший премию в 1915 году в возрасте 25 лет вместе со своим отцом Уильямом Генри Брэггом за достижения в исследовании кристаллов с помощью рентгеновских лучей. А самым старшим из «нобелевских» лауреатов по физике 2018 года стал 96-летний Артур Эшкин.
Еще один интересный факт из области статистики: почти каждый четвертый лауреат Нобелевской премии по физике является иммигрантом, то есть умер или в настоящее время проживает за пределами страны своего рождения.
Несколько наших соотечественников в прошлом получали Нобелевскую премию по физике. В 1958 году были признаны заслуги сразу трех ученых из СССР (Павла Черенкова, Ильи Франка и Игоря Тамма), в 1962 году премия была вручена Льву Ландау, а в 1964 году — Николаю Басову и Александру Прохорову. В 1978 году Нобелевскую премию по физике получил Петр Капица. В 2000 году лауреатом Нобелевской премии по физике стал Жорес Алфёров, в 2003 году — Алексей Абрикосов и Виталий Гинзбург. В 2010 году лауреатами были выбраны Андрей Гейм и Константин Новосёлов.