Штучний інтелект змінює фізику: MIT отримав $5 млн на дослідження

Інститут штучного інтелекту та фундаментальних взаємодій під керівництвом Массачусетського технологічного інституту отримав продовження підтримки від Національного наукового фонду США ще на п'ять років. Щорічне фінансування зросло з 4 мільйонів доларів до 4,98 мільйона доларів. Це оновлення відкриває новий етап для інституту, який протягом перших п'яти років створював дослідницьку модель та міждисциплінарну спільноту навколо центральної ідеї: штучний інтелект може відкрити нові способи дослідження фізики, тоді як фізика може допомогти створити кращі системи штучного інтелекту.

Інститут було запущено у 2020 році в рамках Національної програми дослідницьких інститутів штучного інтелекту. Він об'єднує дослідників з MIT, а також Гарвардського, Північно-Східного університетів, Тафтса та Бостонського університету. Робота інституту показала, що машинне навчання може прискорити відкриття у фізиці, тоді як знання з фізики можуть зробити системи штучного інтелекту більш принциповими та зрозумілими.

«З самого початку інститут будувався навколо двостороннього руху: штучний інтелект дозволяє покращити фізику, а фізика дозволяє покращити штучний інтелект», — каже Джессі Талер, директор інституту та професор фізики в MIT. «Ми спостерігали, як цей позитивний цикл розгортається в різних галузях фізики та штучного інтелекту протягом останніх п'яти років. Цей обмін породжує не просто нові результати, а справді нові способи займатися наукою».

Дослідження інституту охоплюють фізику елементарних частинок, ядерну фізику, астрофізику та фундаментальний штучний інтелект. Багато досягнень виникають саме завдяки співпраці між цими галузями. У фізиці елементарних частинок дослідники розробили методи штучного інтелекту для обробки величезних обсягів даних від Великого адронного колайдера в режимі реального часу. Це допомагає перетворити потік даних про зіткнення на практичну фізичну інформацію. У ядерній фізиці вчені використовують генеративні методи на основі штучного інтелекту для моделювання взаємодій кварків та глюонів у ґратковій квантовій хромодинаміці, створюючи нові способи вивчення структури матерії з перших принципів. В астрофізиці машинне навчання використовується для виявлення нових космічних явищ та покращення чутливості гравітаційно-хвильового експерименту LIGO під керівництвом MIT.

Водночас ідеї з фізики впливають на розробку нових методів штучного інтелекту. Дослідники інституту створюють алгоритми навчання та нові архітектури моделей, які вбудовують фізичні знання та найкращі практики безпосередньо в нейронні мережі. Це включає симетрії, геометричні структури, гарантії точності та статистичні методології. Результатом стають системи, які є більш надійними, зрозумілими та ефективними з точки зору використання даних.

«Штучний інтелект почав трансформувати те, як фізики вирішують деякі з найскладніших проблем у цій галузі», — каже Майк Вільямс, тимчасовий директор інституту та професор фізики в MIT. «Що важливіше, він починає розширювати межі того, які проблеми ми реально можемо вирішити, роблячи можливим дослідження питань, які раніше були повністю поза нашою досяжністю».

Визначальною особливістю інституту є його інвестиції в людей. Програма постдокторських стипендіатів підтримує молодих вчених, які проводять дослідження на перетині фізики та штучного інтелекту. Кожен стипендіат отримує наставників в обох сферах, що сприяє співпраці між установами. Вісім стипендіатів уже завершили програму. Троє з них отримали посади викладачів, інші зайняли дослідницькі позиції в провідних компаніях зі штучного інтелекту або приєдналися до стартапів. Це відображає, наскільки широко застосовуються навички, здобуті в інституті.

«Стипендія показує, що може статися, коли молоді вчені отримують свободу та підтримку для роботи за межами традиційних кордонів», — каже Фіала Шанахан, тимчасова заступниця директора інституту та професорка фізики в MIT. «Наші стипендіати не просто роблять внесок у фізику або штучний інтелект окремо — вони допомагають формувати зростаючу галузь на їхньому перетині».

Щорічна літня школа для докторантів стала центральним пунктом для зростаючої спільноти вчених з експертизою як у фізиці, так і в штучному інтелекті. На видання 2026 року програма отримала майже 600 заявок приблизно на 100 особистих місць, а близько 300 додаткових учасників очікується приєднаються віртуально. Попередні учасники активно рекомендують школу своїм колегам завдяки поєднанню лекцій, практичних занять, спринтів з програмування та мережевих заходів.

В MIT інститут допоміг сформувати нові освітні шляхи, включаючи міждисциплінарну докторську програму з фізики, статистики та науки про дані. Це співпраця між кафедрою фізики та Центром статистики та науки про дані, яка присудила 20 докторських ступенів з 2021 року.

«Інститут показує, що стає можливим, коли дослідники з фізики, обчислень, статистики та науки про дані організовуються навколо спільних наукових питань», — каже Нергіс Мавалвала, декан Школи науки MIT та професорка астрофізики. «Такого роду стійка міждисциплінарна співпраця є важливою для майбутнього наукових відкриттів».

Як член Національної програми дослідницьких інститутів штучного інтелекту, інститут є частиною загальнонаціональних зусиль для просування відкриттів та інновацій на основі штучного інтелекту. Продовження фінансування дає можливість глибше зануритися в те, що інститут називає «фізикою штучного інтелекту» — використання фізичного мислення, фізичних викликів та фізичних інструментів не просто для застосування штучного інтелекту, а для його розуміння та вдосконалення.