2023科學突破獎出爐：AlphaFold創始人、量子資訊先驅獲獎

有人開發出了 AlphaFold，有人發現了嗜睡症病因…… 他們都獲得了 2023 年的「科學界奧斯卡獎」。

剛剛，突破獎（Breakthrough Prize） 基金會及其創始贊助人宣佈了 2023 年獎項得主：

生命科學突破獎授予了 Clifford P。 Brangwynne 和 Anthony A。 Hyman；Demis Hassabis 和 John Jumper；Emmanuel Mignot 和柳沢正史（Masashi Yanagisawa）。

數學突破獎授予了 Daniel A。 Spielman。

基礎物理學的突破獎則授予了 Charles H。 Bennett、Gilles Brassard、David Deutsch 和 Peter Shor。

他們將獲得共計高達 1575 萬美元的獎金，每個團隊 300 萬美元。

突破獎是 2012 年起頒發的科學獎項，旨在獎勵在生命科學，數學和基礎物理學領域有傑出貢獻的人士，讓他們能像「搖滾明星」一樣得到世人的認知，並吸引更多優秀人才投身到科學研究領域。

這三個獎項是由謝爾蓋 · 布林、安妮 · 沃西基、馬克 · 扎克伯格、普莉希拉 · 陳、尤里 · 米爾納、茱莉亞 · 米爾納、馬雲和張瑛夫婦創立的。2017 年，馬化騰也成為該獎項的捐贈人。獲獎者會獲得三百萬美元作為獎金，並且參與電視轉播頒獎典禮以慶祝他們的成就並以鼓勵其他的科學家。除此之外，獲獎者也會被邀請參與演講與討論會。

此外，該獎項基金會還設有物理學和數學新視野獎、Maryam Mirzakhani 新前沿獎，授予處於職業生涯早期的研究人員。

從獎金設定上來看，突破獎是科研領域裡最高的獎項，堪稱「豪華版諾貝爾獎」，又稱「科學界的奧斯卡」。

加州大學洛杉磯分校數學教授陶哲軒、德州大學西南醫學中心教授陳志堅、哈佛大學教授莊小威、科羅拉多大學物理學教授葉軍、香港中文大學教授盧煜明、中國科學院高能物理研究所所長王貽芳、加利福尼亞大學伯克利分校物理教授陸錦標等人曾獲得過該獎項。

生命科學突破獎

生命科學突破獎（Breakthrough Prize in Life Sciences）是突破獎其中一項，於 2013 年開始頒發，用以獎勵對治療頑疾和延長人類壽命有傑出貢獻的研究者。每一位獲獎者都可獨得 300 萬美元獎金，是迄今獎金最高的生物學或醫學獎項。

今年的生命科學突破獎頒給了三組研究人員，分別是：

DeepMind 創始人 Demis Hassabis 和 DeepMind AI 研究員 John Jumper，他們開發了可以準確預測蛋白質結構的 AlphaFold（詳見返樸文章《》《》）；

普林斯頓大學化學與生物工程副教授 Clifford P。 Brangwynne 和馬克斯 · 普朗克科學促進學會生物學家 Anthony A。 Hyman，他們發現了一種新的細胞組織機制；

斯坦福大學睡眠醫學與科學中心主任 Emmanuel Mignot 和日本筑波大學國際睡眠醫學研究所所長柳沢正史，他們發現了發作性嗜睡症（narcolepsy）的病因。

Demis Hassabis 和 John Jumper 是 AlphaFold 2 背後的領頭人。AlphaFold 2 在很大程度上解決了蛋白質結構預測問題（將科學家通常用於確定蛋白質結構的時間從幾個月或幾年縮短到幾小時或幾分鐘），這是生物學中最具有挑戰性的問題之一。

去年，他們所在的團隊釋出了 AlphaFold 2，該模型以原子水平的準確度預測了 2/3 的蛋白質結構。此外，他們還與 EMBL-EBI 共同釋出了開放可搜尋的蛋白質結構資料庫 AlphaFold DB，與世界共同分享這一技術。

今年 7 月份，DeepMind 宣佈 AlphaFold DB 已從 100 萬個結構擴充套件到超過 2 億個結構，擴大超過 200 倍，，這一進展將極大地提升人們對於生物學的理解，對於藥物設計、合成生物學、奈米材料的研究以及人們對細胞過程的基本理解都有著深遠的影響。

Clifford P。 Brangwynne 和 Anthony A。 Hyman 發現的一種新的細胞過程也得到了生命科學突破獎的認可。

直到最近，人們還認為細胞中的大部分工作都是在細胞器中進行的，細胞器是細胞質中具有特定形態結構和功能的微器官，也稱為擬器官或亞結構。

但是 Clifford P。 Brangwynne 和 Anthony A。 Hyman 發現了一個全新的物理原理，可以在沒有細胞膜的情況下，聚合蛋白質和其他生物分子之間的細胞相互作用。他們描述了透過相分離（ phase separation）迅速形成的動態液體狀液滴——類似於在水中形成的油滴——如何產生臨時結構並免受水細胞內部的分子動盪的影響。

他們和其他人證明了這些無膜液體冷凝物在許多細胞過程中發揮作用，包括訊號傳遞、細胞分裂、細胞核中核仁的巢狀結構和 DNA 的調節。他們的發現是對細胞組織理解的一個根本性進步，未來可能在臨床中得到應用，包括神經退行性疾病，如肌萎縮側索硬化症（俗稱漸凍症）的治療。

Emmanuel Mignot 和柳沢正史的研究是有關發作性嗜睡症的。發作性嗜睡症又叫渴睡症、猝睡症，是一種神經退行性疾病，症狀包括白天過度嗜睡，通常持續數秒至數分鐘，且隨時可能發生。大約 70％的患者也經歷肌肉突然無力的情況，稱為猝倒。這些經歷可以透過強烈的情緒觸發。也有可能在睡著或醒來時無法移動或形成幻覺，不過較不常見。發作性嗜睡症患者每天的睡眠時間與一般人相同，但睡眠品質往往更差。

在 Emmanuel Mignot 和柳沢正史的研究成果出來之前，人們對發作性嗜睡症的病因知之甚少。他們的研究表明，這種疾病的關鍵在於蛋白質促食慾素（也稱為下丘腦泌素），這種激素通常用於調節覺醒狀態。在一些動物中，比如狗，嗜睡症是由一種突變引起的，這種突變影響了與促食慾素結合的神經受體。而在人類中，這種疾病是由免疫系統攻擊能產生促食慾素的細胞而引發的（免疫系統可能誤以為它是病毒顆粒）。

Emmanuel Mignot 和柳沢正史的發現已經啟發了緩解嗜睡症症狀的治療方法，同時也使設計催眠藥物成為可能。他們的研究揭示了，發作性嗜睡症是一種自身免疫性的神經退行性疾病。同時，他們還提出，其他神經退行性疾病可能是由神經元的選擇性喪失引起的。他們揭示了睡眠和覺醒的一箇中心機制，這是一個仍有許多謎團的行為領域。

數學突破獎

數學突破獎授予了耶魯大學的計算機科學、統計學、資料科學和數學、應用數學教授 Daniel A。 Spielman，以表彰他在理論計算機科學和數學方面的多項發現。

Spielman 的工作重申了抽象和基礎研究的基本價值，展示了它如何以我們無法預測的方式為生活的許多方面帶來影響，為造福現實世界的方法奠定基礎。

基金會列舉了斯皮爾曼的幾項成就，包括他在解決 Kadison-Singer 猜想中的作用，這是一個在長達 50 多年時間內未被解決的數學問題，其本質是問是否可以從一個只能觀察或測量一些特徵的系統中收集到獨特的資訊。該解決方案與許多領域相關，包括統計學、純數學、量子物理學的數學基礎和計算機科學。

突破獎基金會還引用了 Spielman 對譜圖理論、數值線性代數、最佳化和編碼理論的貢獻。

Spielman 的見解和演算法不僅對數學具有重要意義，而且對計算、訊號處理、工程甚至臨床試驗設計等實際問題也具有重要意義。

Spielman 表示，他的大部分工作都集中在設計更快的演算法來求解線性方程組，然後利用這些演算法更快地執行其他任務。他表示，獲得突破獎是「一項巨大的榮譽，而且有點過譽了」。

基礎物理學突破獎

基礎物理學突破獎用以獎勵在基礎物理學有重大成就的物理學家，尤其是較近期的發現和成就。不同領域的物理學家，包括理論物理學、數學物理學和實驗物理學，均可得獎。

今年的基礎物理學突破獎表彰了四位將數學、計算機科學和物理學相結合，在「量子資訊領域開展基礎工作」的先驅。該獎項由 IBM Fellow Charles Bennett、蒙特利爾大學物理學家 Gilles Brassard、牛津大學物理學家 David Deutsch 和麻省理工學院教授 Peter Shor 分享。

「這四位科學家為量子資訊理論的出現做出了重大貢獻，」日內瓦大學的實驗量子物理學家 Nicolas Gisin 說道，「他們獲獎是眾望所歸。」

從廣義上講，量子資訊理論是兩種理論的結合：量子力學——描述原子和亞原子世界的反直覺行為，以及資訊理論——它詳細說明計算和通訊的數學和物理限制。它的歷史是一個混亂的故事，零星的進步常常被傳統的科學期刊所忽視。

與金融等行業當前常用的方法不同，美國物理學家 Charles H。Bennett 和加拿大密碼學家 Gilles Brassard 提出的 BB84 協議即使是擁有無限計算能力的竊密者也無法破解（BB84 得名於兩人姓的首字母和提出年份）。他們在 1993 年與合作者共同發現了量子隱形傳態，表明糾纏是一種有用的可量化資源，儘管它本身沒有通訊能力，從而幫助啟動了量子資訊處理的新科學。

David Deutsch 奠定了量子計算的基礎。他定義了圖靈機的量子版本——一種通用量子計算機，並證明它可以以任意精度模擬任何遵守量子力學定律的物理系統。他表明，這樣的計算機相當於一個由數量驚人的量子門組成的網路——同時利用糾纏和許多狀態的量子疊加的邏輯閘。他設計了第一個超越最佳等效經典演算法的量子演算法。

Peter Shor 在此基礎上發明了第一個明顯可用的量子計算機演算法。Shor 的演算法可以比任何經典演算法更快地找到大數的因子。他還設計了量子計算機中的糾錯技術——這比在經典計算機中要困難得多，在經典計算機中，我們僅需簡單的冗餘。這些想法不僅為當今快速發展的量子計算機鋪平了道路，他們也將基礎物理學的前沿推進了一步，特別是在計量學（測量科學）和量子引力研究方面。

參考內容：

https：//breakthroughprize。org/News/73

本文經授權轉載自微信公眾號“機器之心”，原題目為《「豪華版諾獎」2023突破獎出爐：哈薩比斯等因AlphaFold獲300萬美元》，編輯：張倩、澤南。

原標題：《2023科學突破獎出爐：AlphaFold創始人、量子資訊先驅獲獎》