Џон Хопфилд

Џон Џозеф Хопфилд (роден на 15 јули 1933 година) е американски физичар и почесен професор на Универзитетот Принстон, најпознат по неговата студија за асоцијативни невронски мрежи во 1982 година. Тој е познат по развојот на мрежата Хопфилд. Пред нејзиното пронаоѓање, истражувањето во вештачката интелигенција (ВИ) било во период на распаѓање или зима на ВИ, работата на Хопфилд го оживеала интересот на големи размери во оваа област.
Во 2024 година, Хопфилд, заедно со Џефри Хинтон, ја добил Нобеловата награда за физика за „основни откритија и пронајдоци што овозможуваат машинско учење со вештачки невронски мрежи “. Добитник е на разни големи награди за физика за неговата работа во мултидисциплинарни области, вклучувајќи физика на кондензирана материја, статистичка физика и биофизика.
1 Биографија
1.1 Ран живот и образование
Џон Џозеф Хопфилд бил роден во 1933 година во Чикаго син на физичарите Џон Џозеф Хопфилд (роден во Полска како Јан Јозеф Хмиелевски) и Хелен Хопфилд (родена Стаф).
Хопфилд добил диплома по физика од колеџот Свартмор во Пенсилванија во 1954 година и докторат по физика од Универзитетот Корнел во 1958 година. Неговата докторска дисертација била насловена „Квантно-механичка теорија за придонесот на екситоните кон комплексната диелектрична константа на кристалите“. Негов докторски ментор бил Алберт Оверхаузер.
1.2 Кариера
Хопфилд поминал две години во теоретската група во лабораториите Бел работејќи на оптичките својства на полупроводниците со Дејвид Гилберт Томас а подоцна и на квантитативен модел за опишување на кооперативното однесување на хемоглобинот во соработка со Роберт Г. Шулман. Понатаму станал член на факултетот на Универзитетот во Калифорнија - Беркли (физика, 1961–1964), Универзитетот Принстон (физика, 1964–1980), Калифорнискиот институт за технологија (Калтех, хемија и биологија, 1980–1997) и повторно на Принстон (1997–), каде што е почесен професор по молекуларна биологија со назив Хауард А. Приор.
Во 1976 година, тој учествувал во краток научен филм за структурата на хемоглобинот, во кој глуми Линус Полинг.
Од 1981 до 1983 година, Ричард Фајнман, Карвер Мид и Хопфилд држеле едногодишен курс на Калтех наречен „Физика на пресметувањето“. Оваа соработка ја инспирирала докторската програма за пресметување и невронски системи на Калтех во 1986 година, ко-основана од Хопфилд.
Меѓу неговите поранешни докторанти се Џералд Махан (докторат во 1964 година), Бертран Халперин (1965), Стивен Гирвин (1977), Тери Сејновски (1978), Ерик Винфри (1998), Хозе Онучиќ (1987), Ли Жаопинг (1990) и Дејвид Џ.С. Мекеј (1992).
2 Работа
Во својата докторска работа од 1958 година, тој пишувал за интеракцијата на ексцитоните во кристалите, измислувајќи го терминот поларитон за квазичестичка што се појавува во физиката на цврста состојба. Тој напишал: „„Честичките“ од полето на поларизација аналогни на фотоните ќе се наречат „поларитони“. Неговиот поларитонски модел понекогаш е познат како Хопфилдов диелектрик.
Од 1959 до 1963 година, Хопфилд и Дејвид Г. Томас ја истражувале ексцитонската структура на кадмиум сулфидот од неговите рефлективни спектри. Нивните експерименти и теоретски модели овозможиле да се разбере оптичката спектроскопија на полупроводничките соединенија II-VI.
Физичарот за кондензирана материја Филип В. Андерсон објавил дека Џон Хопфилд бил негов „скриен соработник“ за неговите дела од 1961 до 1970 година за моделот на нечистотии на Андерсон, кој го објаснувал ефектот на Кондо . Хопфилд не бил вклучен како коавтор во трудовите, но Андерсон ја признал важноста на придонесот на Хопфилд во разни негови дела.
Вилијам Ц. Топ и Хопфилд го вовеле концептот на псевдопотенцијали што ја зачувуваат нормата во 1973 година.
Во 1974 година тој вовел механизам за корекција на грешки во ензимска катализа познат како кинетичка корекција за да ја објасни точноста на репликацијата на ДНК.
Хопфилд го објавил својот прв труд од областа на невронауката во 1982 година, насловен како „Невронски мрежи и физички системи со појавни колективни пресметковни способности“, каде што го претставил она што сега е познато како Хопфилдова мрежа, вид на вештачка мрежа што може да послужи како меморија што може да се адресира според содржината, направена од бинарни неврони кои можат да бидат „вклучени“ или „исклучени“. Тој го проширил својот формализам на функции за континуирана активација во 1984 година. Трудовите од 1982 и 1984 година ги претставуваат неговите две најцитирани дела. Хопфилд рекол дека инспирацијата дошла од неговото познавање на спин очилата од неговата соработка со П.В. Андерсон.
Заедно со Дејвид В. Танк, во 1985–1986 година развил метод за решавање на дискретни проблеми со оптимизација базирани на динамиката на континуирано време користејќи Хопфилд мрежа со функција на континуирана активација. Проблемот со оптимизација бил кодиран во параметрите на интеракција (тежини) на мрежата. Ефективната температура на аналогниот систем постепено се намалувала, како кај глобалната оптимизација со симулирано жарење.
Хопфилд е еден од пионерите на хипотезата за критичен мозок, тој бил првиот што ги поврзал невронските мрежи со самоорганизираната критичност во однос на моделот Олами-Федер-Кристенсен за земјотреси во 1994 година. Во 1995 година, Хопфилд и Андреас В. Херц покажале дека лавините во невронската активност ја следат распределбата на законите за распределба на моќ поврзани со земјотресите.
Оригиналните Хопфилд мрежи имале ограничена меморија, овој проблем го решиле Хопфилд и Димитри Кротов во 2016 година. Хопфилд мрежите со голема меморија сега се познати како модерни Хопфилд мрежи.
3 Мислења за вештачката интелигенција
Во март 2023 година, Хопфилд потпишал отворено писмо насловено како „Паузирај ги џиновските експерименти со вештачка интелигенција, повикувајќи на запирање на обукита на системи за вештачка интелигенција (ВИ) помоќни од GPT-4. Писмото, потпишано од над 30.000 лица, вклучувајќи ги истражувачите на ВИ Јошуа Бенџо и Стјуарт Расел, наведува ризици како што се потрошливоста на луѓето и губење на контролата низ целото општество.
Откако станува ко-добитник на Нобеловата награда за физика за 2024 година, Хопфилд открил дека е многу вознемирен од неодамнешните достигнувања во можностите на вештачката интелигенција и рекол „како физичар, многу сум вознемирен од нешто што нема контрола“. На последователна прес-конференција на Универзитетот Принстон, Хопфилд ја споредил вештачката интелигенција со откривањето на нуклеарна фисија, што довело до нуклеарно оружје и нуклеарна енергија.
4 Награди и почести
Хопфилд ја добил стипендија за истражување „Слоун“ во 1962 година, и како и неговиот татко, добил и стипендија „Гугенхајм“ (1968). Хопфилд бил избран за член на Американското друштво на физичари (APS) во 1969 година, за член на Националната академија на науките во 1973 година, за член на Американската академија на уметностите и науките во 1975 година и за член на Американското филозофско друштво во 1988 година. Тој бил претседател на APS во 2006 година.
Во 1969 година, Хопфилд и Дејвид Гилберт Томас ја добиле наградата „Оливер Е. Бакли “ за физика на кондензирана материја од страна на APS „за нивната заедничка работа што ги комбинира теоријата и експериментот, што го унапредила разбирањето на интеракцијата на светлината со цврстите тела“.
Во 1983 година, тој ја добил Фондациската награда „МакАртур“ од Програмата за стипендисти „МакАртур“. Во 1985 година, Хопфилд ја добил наградата „Златна плоча“ на Американската академија за достигнувања и наградата „Макс Делбрук“ за биофизика од APS. Во 1988 година, тој ја добил наградата „Мајкелсон-Морли“ од Универзитетот „Кејс Вестерн Резерв“. Хопфилд ја добил наградата „Пионер на невронски мрежи“ во 1997 година од Институтот за електротехнички и електронски инженери (IEEE).
Тој бил награден со Дираковиот медал од Меѓународниот центар за теоретска физика во 2001 година „за важни придонеси во импресивно широк спектар на научни теми“ вклучувајќи „целосно различен [колективен] принцип на организирање во мирисот “ и „нов принцип во кој невронската функција може да ја искористи временската структура на „шилестата“ интернеурална комуникација“.
Хопфилд ја добил наградата Харолд Пендер во 2002 година за неговите достигнувања во компјутерската невронаука и невронскиот инженеринг од Мур Школата за електротехника, Универзитет во Пенсилванија. Тој ја добил Светската награда за наука „Алберт Ајнштајн“ во 2005 година во областа на биолошките науки. Во 2007 година, тој го одржал предавањето во спомен на Фриц Лондон на Универзитетот Дјук, насловено како „Како размислуваме толку брзо? Од неврони до пресметување на мозокот“. Хопфилд ја добил наградата IEEE Френк Розенблат во 2009 година за неговиот придонес во разбирањето на обработката на информации во биолошките системи. Во 2012 година ја добил наградата Сварц од Друштвото за невронаука. Во 2019 година го добил медалот Бенџамин Франклин за физика од Институтот Франклин, а во 2022 година ја подели наградата Болцманов медал за статистичка физика со Дипак Дар.
Тој бил награден со Нобеловата награда за физика за 2024 година заедно со Џефри Е. Хинтон за „основни откритија и пронајдоци што овозможуваат машинско учење со вештачки невронски мрежи“.
Во 2025 година, тој ја добил наградата „Кралица Елизабета“ за инженерство заедно со Јошуа Бенџо, Бил Дали, Џефри Е. Хинтон, Јан Лекун, Џен-Хсун Хуанг и Феи-Феи Ли за развој на модерното машинско учење.