Нобелівську премію з фізики 2024 року отримали вчені Джон Хопфілд та Джеффрі Хінтон за відкриття та винаходи, що забезпечили можливість машинного навчання нейромереж. Їхні роботи серед іншого допомогли створенню сучасних систем штучного інтелекту.
Крім того, наукові досягнення лауреатів застосовуються при моделюванні клімату, розробці сонячних батарей та аналізі медичних зображень.
На пресконференції після повідомлення про присудження премії Хінтон назвав свою роботу над нейронними мережами революційною, але також висловив занепокоєння з приводу її можливого застосування в майбутньому.
Він сказав, що не шкодує про свої відкриття та готовий зробити їх знову. «Але мене турбує, що в результаті цього можуть з’явитися системи, більш інтелектуальні, ніж ми, які зрештою візьмуть управління у свої руки», — зазначив учений.
Як йдеться у пресрелізі Нобелівського комітету, Хопфілд та Хінтон використали наукові інструменти з фізики для розробки методів, що лежать в основі сучасного машинного навчання.
Що таке нейромережі та як їм допомогли нобелівські лауреати
Вам, напевно, доводилося користуватися автоматичним комп’ютерним перекладом, розпізнавати текст документа або навіть вести відносно зв’язкову розмову з машиною. Все це — приклади повсякденного застосування технології, яка вже давно відіграє важливу роль у наукових дослідженнях, беручи на себе аналіз величезних обсягів даних та їхнє сортування відповідно до заданих параметрів.
За останні 15-20 років галузь машинного навчання переживає бурхливе зростання, особливо у тому, що стосується технологій, що працюють на основі штучно створених людиною нейронних мереж. Саме їх найчастіше мають на увазі, говорячи про штучний інтелект.
Хоча мислити самостійно комп’ютер, звичайно ж, не може, на сьогодні нейромережа вже цілком здатна імітувати такі функції людського мозку, як пам’ять та навчання.
Значною мірою це стало можливим завдяки новоспеченим нобелівським лауреатам.
Взявши за основу фундаментальні принципи фізики, Хінтон та Хопфілд розробили алгоритми, що дозволяють використовувати структуру машинних мереж для обробки інформації, що дозволяє програмі навчатися та вдосконалюватися самостійно, вже без допомоги людини.
Звичне нам програмне забезпечення використовує набір вже готових алгоритмів, які можна порівняти з кулінарним рецептом: це інструкція про те, як змішати заданий набір інгредієнтів у заданих кількостях, щоб отримати необхідний результат.
Нейромережі навчаються не на конкретних рецептах, а на узагальнених прикладах (припустимо, взятих із різних кулінарних книг), що робить їх значно більш гнучкими, дозволяючи вирішувати завдання, які для покрокових інструкцій можуть бути надто складними та розпливчастими. Наприклад, проаналізувати фотографію та визначити, що саме на ній зображено.
Що таке «мережа Хопфілда»
Джон Хопфілд створив асоціативну пам’ять, яка може зберігати та відновлювати зображення та інші типи структур у даних. Джеффрі Хінтон винайшов метод, який може самостійно знаходити окремі параметри в масивах даних і здатний, наприклад, ідентифікувати конкретні елементи на фотографіях.

Джефрі Хінтон
Створюючи технологію нейронних мереж, вчені спиралися на конструкцію людського мозку.
Вузли комп’ютерної нейронної мережі пов’язані один з одним на принципах, подібних до тих, за якими працює людський мозок. Мережа навчається, наприклад, шляхом розвитку більш міцних зв’язків між вузлами, у яких одночасно часу однаково високі значення.
Хопфілд та Хінтон працювали над розробкою нейромереж з 1980-х років.
Джон Хопфілд винайшов мережу, яка використовує метод збереження та відтворення повторюваних структур.
Під час створення «мережі Хопфілда» вчений спирався на принципи, які вивчає квантова механіка: характеристики системи, зумовлені її атомним спином (тобто однією з властивостей частинок).
Мережа описується таким самим способом, яким у фізиці описується енергія спинів системи. Навчання такої мережі відбувається у процесі пошуку таких параметрів зв’язків між її вузлами, які забезпечують мінімальну енергію системи.
Коли мережі пропонують неповне або спотворене зображення, вона перебирає вузли та оновлює їх значення таким чином, щоб енергія системи загалом була мінімальною. Таким чином, мережа, наприклад, шукає і знаходить у пам’яті зображення, максимально схожі на ті, які їй запропонували.
Джеффрі Хінтон використав «мережу Хопфілда» як основу для нової мережі, яка використовує інший метод: «машину Больцмана» — різновид нейронної мережі, яку Хінтон винайшов у 1985 році спільно з Террі Сейновськи. Така мережа може навчитися розпізнавати характерні елементи в заданому типі даних.
Хінтон застосував інструментарій статистичної фізики. науки про системи, побудовані з безлічі однакових компонентів. Для навчання мережі пропонують приклади, які з ймовірністю виникнуть при її роботі.
Машина Больцмана може бути використана для класифікації зображень або створення нових прикладів того типу шаблонів, на яких вона була навчена.
Нобелівська премія з фізики
Минулого року Нобелівську премію з фізики здобули П’єр Агостіні, Ференц Крауз та Анн Л’Юйє за експериментальну розробку технології надкоротких лазерних імпульсів, яка фактично дозволяє вченим «зазирнути всередину атома».
Починаючи з 1901 року, Нобелівську премію у галузі фізики присуджували 117 разів, її лауреатами стали 225 осіб.
Так званий Нобелівський тиждень традиційно відбувається у Стокгольмі на початку жовтня. Премія з фізики — друга з тих, що вручаються.
Першого дня стали відомі лауреати в галузі медицини та фізіології. Потім йдуть вручення в галузі фізики, хімії, літератури, і на завершення тижня оголошується лауреат Нобелівської премії миру, ним може стати не лише фізична особа, а й цілі організації. Це єдина премія, яка присуджується не Шведською, а Норвезькою Академією наук.
Крім того, з 1969 року з ініціативи Банку Швеції присуджується щорічна премія з економіки пам’яті Альфреда Нобеля, хоча в його заповіті цю категорію спочатку не було прописано.
Фізика була першою галуззю науки, згаданою у заповіті Альфреда Нобеля. У ньому було зазначено, що премія з фізики має видаватися шведською королівською академією наук.
Академія була заснована у 1739 році. На сьогодні у ній перебувають близько 450 шведських та 180 іноземних учених.
Члени Нобелівського комітету призначаються Академією на три роки.
Більше цікавого:
- Історія одного науковця або як з’явилася Нобелівська премія
- 13 речей, які були винайдені набагато раніше, ніж ви можливо думали
- Що робить Україна, щоб отримати Нобелівську премію з фізики
Джерело: TheWashingtonPost