Нобелевскую премию по физике присудили за машинное обучение

Москва. 8 октября. — Лауреатами Нобелевской премии по физике за 2024 год стали американский ученый Джон Хопфилд и британско-канадский ученый Джеффри Хинтон за «основополагающие открытия и изобретения, которые сделали возможным машинное обучение с использованием искусственных нейросетей».

Подробнее об исследованиях ученых можно узнать в официальном пресс-релизе.

Шведская королевская академия наук отмечает заслуги этих физиков в разработке методов, которые стали основой современного машинного обучения. «Работа лауреатов уже принесла огромную пользу. В физике мы используем искусственные нейросети в широком спектре областей, таких как разработка новых материалов с определенными свойствами», — отметила Эллен Мунс, председатель Нобелевского комитета по физике.

Когда говорят об искусственном интеллекте, часто подразумевают машинное обучение с использованием искусственных нейронных сетей. Изначально технология нейронных сетей создавалась по аналогии со структурой мозга. В биологических нейронных сетях есть нейроны, в искусственной же нейросети – это узлы с разными значениями, и связь узлов друг с другом может слабеть или усиливаться. Обучение сети будет заключаться, к примеру, в развитии более сильных связей между узлами с одновременно высокими значениями.

Хопфилд родился в 1933 году в американском штате Иллинойс, учился в Корнеллском университете. В 1982 году он изобрел ассоциативную нейронную сеть, известную как Сеть Хопфилда. Физик создал ассоциативную память, которая может хранить и восстанавливать изображения в базе данных, в этой сети узлы выступают в качестве пикселей. Сеть Хопфилда можно отнести к автоассоциативной памяти – такой, которая может завершить или исправить образ, но не может ассоциировать полученный образ с другим образом. Сеть Хопфилда использует физику, которая описывает характеристики материала, а точнее – атомного спина – свойства, которое делает каждый атом крошечным магнитом. В целом сеть описывается способом, эквивалентным описанию энергии в спиновой системе. Сеть обучается посредством поиска значений для связей между узлами, поэтому сохраненные изображения имеют низкую энергию. Если сети Хопфилда подать неполное изображение, она методично пройдет через узлы и обновит их значения, в результате чего энергия сети упадет. Таким образом, сеть работает поэтапно, чтобы найти сохраненное изображение, которое больше всего похоже на изображение, которое она получила.

Хинтон родился в 1947 году в пригороде Лондона. Он является праправнуком английского математика и логика Джорджа Буля. В 1970 году Хинтон окончил Кембриджский университет, а 1978 году – Эдинбургский университет. Хинтон разработал метод, который может автономно находить свойства в базе данных и выполнять такие задачи, как идентификация определенных элементов в изображениях. Хинтон использовал сеть Хопфилда в качестве основы для изобретения (совместно с Терри Сейновски) новой сети. Она получила название «Машина Больцмана» – в честь австрийского физика Людвига Больцмана, одного из создателей статистической физики – раздела физики о системах, построенных из множества похожих компонентов. Хинтон в работе над новой сетью использовал инструменты из статистической физики. Как и сеть Хопфилда, машина Больцмана является сетью нейронов с определенным для нее понятием «энергии». Эта сеть оказалась первой нейронной сетью, способной обучаться внутренним представлениям, решать сложные комбинаторные задачи. Она может научиться распознавать характерные элементы в заданном типе данных. Машину Больцмана можно использовать для классификации изображений или создания новых примеров типа шаблона, на котором она была обучена. Машина обучается с помощью подачи ей примеров, которые с большой вероятностью возникнут при ее запуске.

В прошлом году Нобелевскую премию по физике получили Пьер Агостини, Ференц Крауш и Анн Л’Юилье «за экспериментальные методы генерации аттосекундных импульсов света для изучения динамики электронов в веществе». В 2022 году награды были удостоены французский ученый Ален Аспе, американский физик Джон Клаузер и австрийский ученый Антон Цайлингер за исследования в квантовой механике – за «эксперименты с запутанными фотонами, исследование нарушений неравенств Белла и работы по квантовой информатике».

Денежная часть премии в размере 11 млн шведских крон (около миллиона евро) будет разделена поровну. Награждение победителей состоится 10 декабря в Стокгольме (день смерти Альфреда Нобеля).

В среду, 9 октября, объявят Нобелевского лауреата по химии.