Nobelin fysiikan palkinto 2024 koneoppimisesta

10.10.2024

Nobelin-fyysiikan-palkinto-2024-300-t.pngTämän vuoden Nobel-palkitut käyttivät fysiikan työkaluja rakentaakseen menetelmiä, jotka auttoivat luomaan perustan nykypäivän tehokkaalle koneoppimiselle.

John Hopfield loi rakenteen, joka voi tallentaa ja rekonstruoida informaatiota.

Geoffrey Hinton keksi menetelmän, jolla voidaan itsenäisesti löytää ominaisuuksia datasta ja josta on tullut tärkeä nykyään käytössä oleville suurille keinotekoisille neuroverkoille.

Vaikka tietokoneet eivät osaa ajatella palkitut ovat luoneet koneellisia menetelmiä ajattelua ja päättelyä muistuttaviin tehtäviin. Ja perustana ovat olleet fysiikan käsitteet ja menetelmät sekä kiinnostus ihmisaivojen toimintaan.

Keinotekoinen neuroverkko käsittelee informaatiota verkkorakenteella joka muistuttaa aivojen neuronien ja synapsien verkostoa. Seuraava vaihe tukeutui psykologiaan siitä, kuinka oppiminen tapahtuu, kun neuronien väliset yhteydet vahvistuvat näiden toimiessa yhdessä.

Ihmisen tiedon haku aivojen muistista muistuttaa assosiatiivista muistia, jonka John Hopfield löysi vuonna 1982. Hopfield pystyi tekemään malliverkoston solmuilla ja yhteyksillä hyödyntämällä fyysiikon tietämystään siitä kuinka materiaalit kehittyvät, kun spinit vaikuttavat toisiinsa.

Hopfield-verkkoa voidaan käyttää esimerkiksi kohinaa sisältävän tai osittain pyyhkineen datan uudelleenluomiseen.

Toinen palkittu Geoffrey Hinton oli aiemmin opiskellut kokeellista psykologiaa ja tekoälyä ja pohti, voisivatko koneet oppia käsittelemään kuvioita samalla tavalla kuin ihmiset, löytämällä omat kategoriansa tiedon lajitteluun ja tulkintaan.

Yhdessä kollegansa Terrence Sejnowskin kanssa Hinton aloitti Hopfield-verkoston käytön ja laajensi sitä rakentaakseen jotain uutta käyttämällä tilastollisen fysiikan ideoita. Sieltä löytyy muun muassa 1800-luvun fyysikko Ludwig Boltzmannin kehittämä yhtälö. Hintonin verkko käytti tätä yhtälöä, ja menetelmä julkaistiin vuonna 1985 Boltzmann-koneen nimellä.

Koulutettu Boltzmann-kone pystyy tunnistamaan tuttuja piirteitä informaatiosta, joita se ei ole aiemmin tavannut. Boltzmann-konetta käytetään nykyään usein osana suurempaa verkkoa.

John Hopfield ja Geoffrey Hinton ovat työnsä ansiosta auttaneet luomaan pohjan noin vuonna 2010 alkaneelle koneoppimisen vallankumoukselle.

Koska fysiikka on tuonut työkaluja koneoppimisen kehittämiseen, on hauskaa nähdä, kuinka fysiikka myös tutkimusalana hyötyy keinotekoisista neuroverkoista.

Koneoppimista on käytetty jo pitkään aloilla, jotka ovat tuottaneet fysiikan Nobel-palkintoja. Näitä ovat muun muassa koneoppimisen käyttö Higgs-hiukkasen löytämiseen tarvittavien valtavien datamäärien seulomiseen ja käsittelyyn. Muita sovelluksia ovat kohina vähentäminen mustien aukkojen törmäysten aiheuttamien gravitaatioaaltojen mittauksissa tai eksoplaneettojen etsiminen.

Viime vuosina tätä tekniikkaa on alettu käyttää myös molekyylien ja materiaalien ominaisuuksien laskennassa ja ennustamisessa – kuten proteiinimolekyylien rakenteen laskemisessa, joka määrää niiden toiminnan - tai selvitettäessä, millä materiaalin uusilla versioilla voi olla parhaat ominaisuudet luoda tehokkaampia aurinkokennoja.

Aiheesta aiemmin:

Mikrosiru yhdistää kaksi Nobel-palkittua tekniikkaa

23.10.2026Arkhimedeen ruuvi yhdestä molekyylistä
23.10.2026Europpalaisesta kvanttitietotekniikasta
23.10.2026Erittäin herkkä sirutason gyroskooppi
23.10.2026Muistin tallentaminen sirulle, jossa on virtaavaa vettä
22.10.2026Miten kvasihiukkaset vuorovaikuttavat kiinteissä aineissa
22.10.2026Puunjalostusteollisuuden sivutuotteesta hiilinanokuituja natriumioniakuille
21.10.2026Optiset skyrmionit voivat ohjata magneettisia skyrmionja
21.10.2026Tutkia kvanttimateriaalin muutoksia reaaliajassa
21.10.2026Delfiinimäistä kaikuluotausta venyvällä materiaalilla
20.10.2026Yksittäisen 2D-kiteen muuttaminen transistoriksi
20.10.2026Transistori hallitsee, milloin salattua tietoa voidaan lukea
20.10.2026Tilapäinen sula parantaa perovskiitteja
19.10.2026Valon ja äänen vahva kytkentä optisessa kuidussa
19.10.2026Uusi menetelmä tuottaa fotoneja, jotka ovat käytännössä erottamattomia
19.10.2026Potentiaalia mukana kulkeville atomikelloille
17.10.2026Parsakaali kasvaa hyvin magentanväristen aurinkopaneelien alla
16.10.2026Sirupohjainen kvanttimuisti fotonien tallennukseen
16.10.2026Piilossa olevia kvanttiominaisuuksia esiin valolla
16.10.2026Kvanttispinit siirtävät senttimetrin kokoista kohdetta
15.10.2026IBM varoittaa kvanttitietokoneista ja tekoälystä
15.10.2026Pieniä spinejä, suuria kvanttiefektejä
15.10.2026Raskaat fermionit ilmestyvät atomikerroksen rajapinnalle
15.10.2026Matemaattisen tarkasti räätälöitäviä magneettikenttiä
15.10.2026Kivihiilen nanopisteet tehostavat 2D-elektroniikkaa
14.10.2026Multiferroisuutta van der Waals materiaaleilla
14.10.2026Venyvä kvanttipistenäyttö säilyttää kuvan laadun
13.10.2026Kohti omat virheensä korjaavia kvanttitietokoneita
13.10.2026Valon hallinta valolla värjättyjen nestekiteiden avulla
12.10.2026Atomeilla aurinkokennot yli perinteisten rajojen
12.10.2026Cooperin parien Cheshiren kissan virnistys
12.10.2026Tekoälysiru tunnistaa liikkeen muutokset ajan suhteen
10.10.2026Sähköinen tekniikka elämän merkkien tunnistamiseksi avaruudessa
09.10.2026Aliarvioitu faasi sopiikin logiikkapuolijohteeksi
09.10.2026Robotin iho kerää virtaa kävellessään
09.10.2026Joustavuutta neuromorfiseen aistimiseen ilman akkua
08.10.2026Ioneille vauhtia kiinteän tilan akuissa
08.10.2026Perovskiittisia aurinkokennoja ja tekoälyä avaruuteen
08.10.2026Laser pysyy lukittuna ilman aktiivista ohjausta
07.10.2026Radioaaltoja lähettävä plasmasädeantenni laserilla
07.10.2026Kvanttijärjestelmillä on syntymämerkki
07.10.2026Sementtipohjaisia superkondensaattoreta älyrakennuksiin
06.10.2026Kvanttilaskennan edistäminen sinkkioksidin kvanttipisteillä
06.10.2026Kvanttimuisti yksittäisille fotoneille
06.10.2026Timanttinen kvanttianturi yksinkertaistaa virranmittauslaitteiden kalibrointia
05.10.2026Tutkijat ovat löytäneet elektronin neljännesosan varauksen
05.10.2026Nanoskaalan mekaniikka voisi mahdollistaa aivojen inspiroiman laskennan
05.10.2026SQUID-anturi lähemmäksi kvanttimateriaalia
03.10.2026Raudan ja veden muuttaminen magneettisiksi nanopartikkeleiksi
02.10.2026Kolmiulotteisten valokenttien käyttäminen elektronien ohjaamiseen
02.10.2026Kahdeksannapainen magnetismi ja kvanttiteknologiat
02.10.2026Tutkijat loivat valolla ohjelmoitavan puolijohteen
01.10.2026Kvanttiakkujen korkea teho ja vakaan energiantuotannon tasapaino
01.10.2026Uutta perustaa orgaaniselle elektroniikalle
01.10.2026Hafnium on antiferrosähköinen
30.09.2026Uusi materiaalisuunnitelma sirutason salaukselle
30.09.2026Optinen ultraäänianturi mikrosirujen tarkastuksiin
30.09.2026Pieniä OLED-pikseleitä voidaan valmistaa kuten mikrosiruja
29.09.2026Nanotason lämmön kesyttäminen muistirakenteessa
29.09.2026Uusi strategia haihtumattomiin muisteihin
29.09.2026Vastaioneita, vasta-ainoineita ja elektroniikka
28.09.2026Pieniä mutta kiinnostavia akkuratkaisuja
28.09.2026Kaksipuolisista ohutkalvokennoista tandem-aurinkokenno
28.09.2026Uusi lämmöneriste on tehokkaampi kuin mikään luonnossa esiintyvä materiaali
26.09.2026Hyönteisroboteille lisää puhtia kehollisella älykkyydellä
25.09.2026Kolme kvanttifysiikan maailmanennätystä
25.09.2026Kuumien elektronien kerääminen aurinkopaneeleissa
25.09.2026Merimakkarasta inspiroitua e-ihoa ja Skin-on-chip -siru
24.09.2026Estää sähkömagneettiset aallot ja peittää lämmön
24.09.2026Yksi tutka sekä tiedonsiirtoon että havaitsemiseen
24.09.2026Bambusta vankkaa EMI-maateriaalia
23.09.2026Uusi reitti suuriin, järjestäytyneisiin matriiseihin kvanttiteknologiassa
23.09.2026Lämmön ohjausta kvanttitasolla
23.09.2026Uusi dopingmenetelmä orgaanisille puolijohteille
22.09.2026Kahden valoresonanssimoodin itsenäinen hallinta
22.09.2026Uusi silta kvanttiverkoille
22.09.2026Magneettikentät antavat uuden käänteen pintakemiaan
21.09.2026Spintroniikkapiirit energiatehokkaaseen tekoälyyn
21.09.2026Korkeajännitteinen kaksisuuntainen SiC-fetti
21.09.2026Molekyyliantennit tehostavat molekyylikytkimiä
19.09.2026Ensimmäinen havainto äänen kvanttihypystä
18.09.2026Yksi materiaali injektoi varauksen p- ja n- puolijohteisiin
18.09.2026Topologisia polarisaation rakenteita atominohuessa puolijohteessa
18.09.2026Nopeat elektronit surffaavat plasma-aalloilla
17.09.2026Fotonien muokkaus luotettavaa kvanttiviestintää varten
17.09.2026Kaksoislöytö plasmonisille nanolasereille
17.09.2026Klassisesta valosta kvanttikone
17.09.2026Molekyylisia magneettisia ja yksittäisten elektronien muisteja
16.09.2026Magnetismi ja sähköinen polarisaatio samassa materiaalissa
16.09.2026Topologisten magneettien suunnittelua
16.09.2026Fononien kiraalisuuden vaihtaminen sähköllä
15.09.2026Helium ja timantti luovat uusia kvanttilaskennan konsepteja
15.09.2026Sähkökenttä kääntää fononikiraalisuuden ferroelektrisessä kiteessä
14.09.2026Uusi tapa hallita infrapunavaloa reaaliajassa
14.09.2026Taikakulmagrafeeni kytkee päälle ja pois
14.09.2026Nanoskaalaiset multiferroiset tie tehokkaalle magneettimuistiteknologialle
12.09.2026Muistin hinta: miten organismit tasapainottavat ajattelua ja aistimista
11.09.2026Tuhat kertaa nopeammat operaatiot kvanttilaskentaan
11.09.2026Ultranopeat elektronit paljastavat ionisoivan säteilyn signaalin
11.09.2026Elektronien vuorovaikutuksista todellisissa kvanttimateriaaleissa
10.09.2026Puolijohde ja metapinta tehostavat epälineaarista valopolarisaatiota

Näytä lisää »