1. Gambaran Keseluruhan
John Joseph Hopfield (lahir 15 Julai 1933) ialah seorang ahli fizik dan profesor emeritus di Universiti Princeton, Amerika Syarikat. Beliau terkenal secara meluas atas sumbangan asasnya dalam bidang rangkaian neural buatan, terutamanya pembangunan rangkaian Hopfield pada tahun 1982. Penemuan ini telah menghidupkan semula minat berskala besar dalam bidang kecerdasan buatan (AI) dan pembelajaran mesin, terutamanya selepas tempoh yang dikenali sebagai "musim sejuk AI". Pada tahun 2024, Hopfield, bersama Geoffrey Hinton, dianugerahkan Hadiah Nobel dalam Fizik atas "penemuan dan ciptaan asas yang membolehkan pembelajaran mesin dengan rangkaian neural buatan". Sepanjang kerjayanya, beliau telah menerima pelbagai anugerah fizik utama atas hasil kerjanya dalam bidang multidisiplin termasuk fizik jirim terperol, fizik statistik, dan biofizik.
2. Biografi
Bahagian ini merincikan kehidupan John J. Hopfield, termasuk latar belakang keluarga, pendidikan awal, dan perjalanan akademiknya, serta perkembangan kerjaya saintifiknya di pelbagai institusi terkemuka.
2.1. Kehidupan Awal dan Pendidikan
John Joseph Hopfield dilahirkan pada 15 Julai 1933 di Chicago, Illinois, Amerika Syarikat. Ibu bapanya, John Joseph Hopfield (lahir di Poland sebagai Jan Józef Chmielewski) dan Helen Hopfield (née Staff), kedua-duanya merupakan ahli fizik.
Beliau memperoleh Sarjana Muda Sastera dengan pengkhususan dalam fizik dari Kolej Swarthmore di Pennsylvania pada tahun 1954. Seterusnya, beliau menyambung pengajian Doktor Falsafah dalam fizik di Universiti Cornell, dan berjaya menamatkan pengajian pada tahun 1958. Disertasi kedoktorannya bertajuk "A quantum-mechanical theory of the contribution of excitons to the complex dielectric constant of crystals" (Teori kuantum-mekanikal sumbangan eksiton kepada pemalar dielektrik kompleks kristal). Penasihat kedoktorannya ialah Albert Overhauser.
2.2. Kerjaya
Kerjaya John J. Hopfield merangkumi penyelidikan inovatif dan pelantikan akademik di beberapa institusi penyelidikan dan universiti terkemuka di Amerika Syarikat. Beliau telah menunjukkan keupayaan untuk mengubah dan mengembangkan bidang penyelidikannya, terutamanya di persimpangan fizik dan biologi.
2.2.1. Kerjaya Awal dan Penyelidikan
Selepas menamatkan pengajian kedoktoran, Hopfield menghabiskan dua tahun dalam kumpulan teori di Bell Laboratories. Di sana, beliau menjalankan penyelidikan mengenai sifat optik semikonduktor, bekerjasama dengan David Gilbert Thomas. Kemudian, beliau beralih kepada model kuantitatif untuk menerangkan tingkah laku kooperatif hemoglobin dengan kerjasama Robert G. Shulman. Pada tahun 1976, beliau turut serta dalam sebuah filem pendek sains mengenai struktur hemoglobin, yang menampilkan Linus Pauling.
2.2.2. Pelantikan Akademik
Hopfield memegang beberapa jawatan fakulti di universiti berprestij:
- Universiti California, Berkeley (fizik, 1961-1964)
- Universiti Princeton (fizik, 1964-1980)
- California Institute of Technology (Caltech, kimia dan biologi, 1980-1997)
- Universiti Princeton (1997-sekarang), di mana beliau kini merupakan Profesor Howard A. Prior dalam Biologi Molekul, emeritus.
Dari tahun 1981 hingga 1983, Hopfield bersama Richard Feynman dan Carver Mead mengajar kursus setahun di Caltech yang dinamakan "The Physics of Computation" (Fizik Komputasi). Kerjasama ini memberi inspirasi kepada penubuhan program PhD Komputasi dan Sistem Neural di Caltech pada tahun 1986, di mana Hopfield merupakan salah seorang pengasas bersama. Penubuhan program ini membuktikan kejayaan peralihan penyelidikan beliau ke persimpangan fizik dan biologi kuantitatif.
2.2.3. Pelajar Kedoktoran
Sepanjang kerjayanya, John J. Hopfield telah menyelia beberapa pelajar kedoktoran yang kemudiannya menjadi tokoh terkemuka dalam bidang masing-masing. Antara pelajar kedoktoran beliau yang terkenal termasuk:
- Gerald Mahan (PhD pada 1964)
- Bertrand Halperin (1965)
- Steven Girvin (1977)
- Terry Sejnowski (1978)
- José Onuchic (1987)
- Li Zhaoping (1990)
- David J. C. MacKay (1992)
- Erik Winfree (1998)
3. Sumbangan Saintifik
John J. Hopfield telah memberikan sumbangan saintifik yang pelbagai dan mendalam merentasi fizik, biofizik, neurosains komputasi, dan kecerdasan buatan, yang telah membentuk beberapa bidang penting dalam sains moden.
3.1. Fizik Jirim Terperol dan Mekanik Kuantum
Dalam kerja kedoktorannya pada tahun 1958, Hopfield menulis mengenai interaksi exciton dalam kristal, mencipta istilah "polariton" untuk quasipartikel yang muncul dalam fizik keadaan pepejal. Beliau menyatakan bahawa "zarah medan polarisasi yang serupa dengan foton akan dinamakan 'polariton'." Model polaritonnya kadang-kadang dikenali sebagai dielektrik Hopfield.
Dari tahun 1959 hingga 1963, Hopfield dan David G. Thomas menyiasat struktur eksiton kadmium sulfida daripada spektrum pantulannya. Eksperimen dan model teori mereka membolehkan pemahaman tentang spektroskopi optik sebatian semikonduktor II-VI.
Ahli fizik jirim terperol, Philip W. Anderson, menyatakan bahawa John Hopfield adalah "kolaborator tersembunyi" beliau untuk kerja-kerja beliau dari tahun 1961 hingga 1970 mengenai model kekotoran Anderson yang menjelaskan kesan Kondo. Walaupun Hopfield tidak disenaraikan sebagai pengarang bersama dalam kertas kerja tersebut, Anderson mengakui kepentingan sumbangan Hopfield dalam pelbagai tulisannya.
Pada tahun 1973, William C. Topp dan Hopfield memperkenalkan konsep pseudopotential yang mengekalkan norma.
3.2. Biofizik dan Sistem Biokimia
Pada tahun 1974, Hopfield memperkenalkan mekanisme untuk pembetulan ralat dalam tindak balas biokimia yang dikenali sebagai "kinetic proofreading" (pembacaan pruf kinetik). Mekanisme ini dibangunkan untuk menjelaskan ketepatan tinggi enzim dalam proses biosintetik, seperti dalam replikasi DNA.
3.3. Rangkaian Neural dan Kecerdasan Buatan
Hopfield menerbitkan kertas kerja pertamanya dalam neurosains pada tahun 1982, bertajuk "Neural networks and physical systems with emergent collective computational abilities" (Rangkaian neural dan sistem fizikal dengan keupayaan pengkomputeran kolektif yang muncul). Dalam kertas kerja ini, beliau memperkenalkan apa yang kini dikenali sebagai rangkaian Hopfield, sejenis rangkaian buatan yang boleh berfungsi sebagai memori boleh dicapai berdasarkan kandungan (content-addressable memory), yang terdiri daripada neuron binari yang boleh berada dalam keadaan 'hidup' atau 'mati'. Kertas kerja ini, bersama dengan kertas kerja beliau pada tahun 1984 yang memperluaskan formalisme kepada fungsi pengaktifan berterusan, merupakan dua karya beliau yang paling banyak dipetik. Hopfield menyatakan bahawa inspirasi untuk rangkaian ini datang daripada pengetahuannya tentang kaca putar (spin glasses) hasil kerjasamanya dengan P. W. Anderson.
Bersama David W. Tank, Hopfield membangunkan kaedah pada tahun 1985-1986 untuk menyelesaikan masalah pengoptimuman diskret berdasarkan dinamik masa berterusan menggunakan rangkaian Hopfield dengan fungsi pengaktifan berterusan. Masalah pengoptimuman ini dikodkan dalam parameter interaksi (berat) rangkaian. Suhu berkesan sistem analog secara beransur-ansur dikurangkan, seperti dalam pengoptimuman global dengan penyepuh simulasi (simulated annealing).
Rangkaian Hopfield yang asal mempunyai memori yang terhad. Masalah ini telah ditangani oleh Hopfield dan Dimitry Krotov pada tahun 2016, yang membawa kepada pembangunan rangkaian Hopfield moden dengan kapasiti memori yang lebih besar.
3.4. Neurosains Komputasi dan Sistem Kompleks
Hopfield adalah salah seorang perintis hipotesis otak kritikal (critical brain hypothesis). Beliau adalah yang pertama menghubungkan rangkaian neural dengan kritikaliti tersusun sendiri (self-organized criticality) merujuk kepada model Olami-Feder-Christensen untuk gempa bumi pada tahun 1994. Pada tahun 1995, Hopfield dan Andreas V. Herz menunjukkan bahawa gelombang neural dalam aktiviti neural mengikuti taburan hukum kuasa (power law distribution) yang dikaitkan dengan gempa bumi.
Kerja beliau dalam bidang ini juga melibatkan kajian tentang gelombang neural dan prinsip komputasi dalam otak, yang menerangkan bagaimana sistem neuron yang berinteraksi boleh berfungsi.
4. Pandangan mengenai Kecerdasan Buatan
John J. Hopfield telah menyatakan kebimbangan yang mendalam mengenai kemajuan pesat dalam keupayaan kecerdasan buatan (AI). Pada Mac 2023, beliau merupakan salah seorang penandatangan surat terbuka bertajuk "Hentikan Eksperimen AI Gergasi: Surat Terbuka" (Pause Giant AI Experiments: An Open Letter), yang menyeru agar latihan sistem AI yang lebih berkuasa daripada GPT-4 dihentikan sementara. Surat tersebut, yang ditandatangani oleh lebih 30,000 individu termasuk penyelidik AI Yoshua Bengio dan Stuart J. Russell, memetik risiko seperti keusangan manusia dan kehilangan kawalan berskala masyarakat.
Selepas dianugerahkan Hadiah Nobel dalam Fizik 2024, Hopfield mendedahkan bahawa beliau sangat bimbang dengan kemajuan terkini dalam keupayaan AI, dan berkata "sebagai seorang ahli fizik, saya sangat bimbang dengan sesuatu yang tidak terkawal". Dalam sidang media susulan di Universiti Princeton, Hopfield membandingkan AI dengan penemuan pembelahan nuklear, yang membawa kepada senjata nuklear dan tenaga nuklear. Beliau menekankan keperluan untuk mengawal kemajuan AI bagi mengelakkan "malapetaka".
5. Anugerah dan Penghormatan
John J. Hopfield telah menerima pelbagai anugerah dan penghormatan sepanjang kerjaya saintifiknya yang cemerlang:
- 1962:** Felo Penyelidikan Sloan
- 1968:** Felo Guggenheim (seperti bapanya)
- 1969:** Ahli Persatuan Fizikal Amerika (APS)
- 1969:** Anugerah Oliver E. Buckley Fizik Jirim Terperol oleh APS, bersama David Gilbert Thomas, atas "kerja bersama mereka yang menggabungkan teori dan eksperimen yang telah memajukan pemahaman interaksi cahaya dengan pepejal."
- 1973:** Ahli Akademi Sains Kebangsaan (Amerika Syarikat)
- 1975:** Ahli Akademi Seni dan Sains Amerika
- 1983:** Hadiah Yayasan MacArthur oleh Program Felo MacArthur
- 1985:** Anugerah Plat Emas dari Akademi Pencapaian Amerika
- 1985:** Anugerah Max Delbruck dalam Biofizik oleh APS
- 1988:** Ahli Persatuan Falsafah Amerika
- 1988:** Anugerah Michelson-Morley oleh Universiti Case Western Reserve
- 1997:** Anugerah Perintis Rangkaian Neural oleh Institut Jurutera Elektrik dan Elektronik (IEEE)
- 2001:** Pingat Dirac (ICTP) dari Pusat Antarabangsa untuk Fizik Teori (ICTP) atas "sumbangan penting dalam spektrum subjek saintifik yang mengagumkan," termasuk "prinsip penganjuran [kolektif] yang sama sekali berbeza dalam deria bau" dan "prinsip baharu di mana fungsi neural boleh memanfaatkan struktur temporal komunikasi interneural 'spiking'."
- 2002:** Anugerah Harold Pender atas pencapaiannya dalam neurosains komputasi dan kejuruteraan neural dari Sekolah Kejuruteraan Moore, Universiti Pennsylvania.
- 2005:** Anugerah Dunia Sains Albert Einstein dalam bidang sains hayat.
- 2006:** Presiden APS
- 2007:** Memberikan Kuliah Peringatan Fritz London di Universiti Duke, bertajuk "How Do We Think So Fast? From Neurons to Brain Computation" (Bagaimana Kita Berfikir Begitu Pantas? Dari Neuron ke Komputasi Otak).
- 2009:** Anugerah IEEE Frank Rosenblatt atas sumbangannya dalam memahami pemprosesan maklumat dalam sistem biologi.
- 2012:** Hadiah Swartz oleh Persatuan Neurosains.
- 2019:** Pingat Benjamin Franklin (Institut Franklin) dalam Fizik oleh Institut Franklin.
- 2022:** Berkongsi Pingat Boltzmann dalam fizik statistik dengan Deepak Dhar.
- 2024:** Dianugerahkan bersama Hadiah Nobel dalam Fizik dengan Geoffrey Hinton atas "penemuan dan ciptaan asas yang membolehkan pembelajaran mesin dengan rangkaian neural buatan."
- 2025:** Dianugerahkan Anugerah Kejuruteraan Queen Elizabeth bersama Yoshua Bengio, Bill Dally, Geoffrey Hinton, Yann LeCun, Jen-Hsun Huang, dan Fei-Fei Li untuk pembangunan pembelajaran mesin moden.
