Preise in Höhe von 15,75 Millionen Dollar für die Prognose von Proteinstrukturen mit Deep Learning, Pionierarbeit auf dem Gebiet der Quanteninformation und Entdeckungen mit Anwendungen von der Behandlung neurodegenerativer Erkrankungen bis zur Optimierung der Videoübertragung verliehen

Breakthrough Prize in Life Sciences geht an Clifford P. Brangwynne und Anthony A. Hyman ; Demis Hassabis und John Jumper; Emmanuel Mignot und Masashi Yanagisawa

Breakthrough Prize in Mathematics geht an Daniel A. Spielman

Breakthrough Prize in Fundamental Physics geht an Charles H. Bennett, Gilles Brassard, David Deutsch und Peter Shor

Sechs New Horizons Prizes für Nachwuchsleistungen in Physik und Mathematik verliehen

Drei Maryam Mirzakhani New Frontiers Prizes wurden an Mathematikerinnen für frühe Leistungen in ihrer beruflichen Laufbahn verliehen

Die Breakthrough Prize Foundation und ihre Gründungssponsoren – Sergey Brin, Priscilla Chan und Mark Zuckerberg, Julia und Yuri Milner sowie Anne Wojcicki – gaben heute die Preisträger des Breakthrough Prize 2023 bekannt, die für ihre bahnbrechenden Entdeckungen in den Bereichen Grundlagenphysik, Biowissenschaften und Mathematik ausgezeichnet wurden, zusammen mit Nachwuchswissenschaftlern, die bedeutende Beiträge zu ihren Gebieten geleistet haben.

Es wurden drei Breakthrough Prizes in Life Sciences verliehen: Clifford P. Brangwynne und Anthony A. Hyman für die Entdeckung eines neuen Mechanismus der Zellorganisation; Demis Hassabis und John Jumper für die Entwicklung von AlphaFold, das die Struktur von Proteinen sehr genau vorherzusagen vermag; und Emmanuel Mignot und Masashi Yanagisawa für die Entdeckung der Ursachen der Narkolepsie. Der Breakthrough Prize in Mathematics geht an Daniel A. Spielman, für mehrere Entdeckungen in der theoretischen Informatik und Mathematik. Den Breakthrough Prize in Fundamental Physics teilen sich Charles H. Bennett, Gilles Brassard, David Deutsch und Peter Shor für ihre bahnbrechenden Arbeiten zur Quanteninformation. Auch wichtige Beiträge von Nachwuchswissenschaftlern werden gewürdigt: Sechs New Horizons Prizes in Physik und Mathematik und drei Maryam Mirzakhani New Frontiers Prizes werden an Mathematikerinnen verliehen, die vor kurzem ihren Doktortitel erworben hatten.

„Durchbrüche bei neurodegenerativen Erkrankungen, Quantencomputing, künstliche Intelligenz zur Auflösung von Proteinstrukturen und mehr…“ „Das sind unglaubliche Fortschritte, die es verdienen, entsprechend gewürdigt zu werden.“

„Herzlichen Glückwunsch an alle Gewinner des Breakthrough Prize, deren unglaubliche Entdeckungen den Weg für wissenschaftliche Entdeckungen ebnen und Innovationen vorantreiben werden“, sagten die CZI-Mitbegründer und -Geschäftsführer Priscilla Chan und Mark Zuckerberg. „Diese Preisträger und Nachwuchswissenschaftler verschieben die Grenzen dessen, was in Forschung und Wissenschaft möglich ist, und wir freuen uns sehr, ihre Leistungen anzuerkennen.“

„Die Preisträger, die heute geehrt werden, verkörpern die bemerkenswerte Kraft der Grundlagenwissenschaft“, erklärte Yuri Milner, „mit dem Ziel, tiefe Wahrheiten über das Universum zu enthüllen und das Leben der Menschen zu verbessern.“

„Die Preisträger des Jahres 2023 haben wirklich herausragende wissenschaftliche Arbeit geleistet“, betonte Anne Wojcicki. „Die Kreativität, der Einfallsreichtum und die enorme Beharrlichkeit, die in diese Arbeit eingeflossen sind, sind beeindruckend.“

In den Biowissenschaften sind Demis Hassabis und John Jumper die führenden Köpfe hinter AlphaFold 2, dem KI-System, das das Problem der Proteinstrukturprognose weitgehend gelöst hat – eine der größten Herausforderungen in der Biologie. Die Proteine sind die Nanomaschinen, die die Zellen antreiben, und die Vorhersage ihrer 3D-Struktur anhand der Sequenz ihrer Aminosäuren ist von zentraler Bedeutung für das Verständnis der Funktionsweise des Lebens. Mit ihrem Team bei DeepMind haben Hassabis und Jumper ein Deep-Learning-System konzipiert und konstruiert, das die Struktur von Proteinen präzise und schnell modelliert. AlphaFold hat bereits einen revolutionären Einfluss auf die Biowissenschaften: In diesem Sommer hat DeepMind die Strukturen von 200 Millionen Proteinen – fast jedes bekannte Protein aus dem gesamten Stammbaum des Lebens – in eine öffentliche Datenbank hochgeladen. Das Programm ermöglicht es Wissenschaftlern, die Zeit, die sie normalerweise für die Bestimmung der Proteinstruktur aufwenden, von Monaten oder Jahren auf Stunden oder Minuten zu reduzieren. Es verheißt immense Vorteile für die Zukunft, von der Entwicklung von Medikamenten über die synthetische Biologie und Nanomaterialien bis hin zum grundlegenden Verständnis zellulärer Prozesse. Ein kurzes Video über ihre Leistung finden Sie hier.

Die Entdeckung eines neuen zellulären Prozesses wird durch einen weiteren der Biowissenschaften-Preise anerkannt. Bis vor kurzem wurde angenommen, dass die meisten Arbeiten in einer Zelle in Organellen ablaufen – spezialisierten Untereinheiten, die von Membranen umgeben sind. Anthony Hyman und Clifford Brangwynne entdeckten jedoch ein völlig neues physikalisches Prinzip, das die zellulären Interaktionen zwischen Proteinen und anderen Biomolekülen in Abwesenheit von Membranen bündelt. Sie beschreiben dynamische, flüssigkeitsähnliche Tröpfchen, die sich schnell durch Phasentrennung bilden – ähnlich wie Öltröpfchen, die im Wasser entstehen – und temporäre Strukturen bilden, die vor dem molekularen Durcheinander im wässrigen Zellinneren geschützt sind. Seit ihrer Entdeckung haben sie und andere gezeigt, dass diese membranlosen flüssigen Kondensate bei zahlreichen zellulären Prozessen eine Rolle spielen, darunter bei der Signalübertragung, der Zellteilung, der verschachtelten Struktur der Nukleoli im Zellkern und der Regulierung der DNA. Ihre Entdeckung ist ein grundlegender Fortschritt in unserem Verständnis der zellulären Organisation und wird wahrscheinlich in der Zukunft zu klinischen Anwendungen führen, auch für neurodegenerative Erkrankungen wie ALS. Ein kurzes Video über ihre Leistung finden Sie hier.

Auch eine andere neurodegenerative Krankheit, die Narkolepsie, war kaum bekannt, bis Emmanuel Mignot und Masashi Yanagisawa, die in verschiedenen Labors arbeiten und unterschiedliche Forschungsprogramme verfolgen, zu einem neuen Verständnis der Ursachen gelangten. Sie zeigten, dass das Protein Orexin (auch Hypocretin genannt), das normalerweise die Wachsamkeit reguliert, bei dieser Krankheit eine zentrale Rolle spielt. Bei einigen Tieren, wie z. B. Hunden, wird die Narkolepsie durch eine Mutation verursacht, die den neuronalen Rezeptor beeinträchtigt, an den das Orexin bindet; beim Menschen wird die Krankheit dadurch ausgelöst, dass das Immunsystem die Zellen angreift, die das Orexin produzieren (wahrscheinlich wird es mit einem Viruspartikel „verwechselt“). Mignot und Yanagisawas Entdeckungen haben zu Behandlungen geführt, die die Symptome der Narkolepsie lindern und die Entwicklung schlaffördernder Medikamente ermöglichen. Sie zeigten, dass Narkolepsie eine neurodegenerative Erkrankung mit autoimmunem Ursprung darstellt, und werfen die Möglichkeit auf, dass andere neurodegenerative Erkrankungen durch einen selektiven Verlust von Neuronen verursacht werden. Und sie werfen Licht auf einen zentralen Mechanismus von Schlaf und Wachen, einen Bereich des Verhaltens, der noch immer zahlreiche Rätsel aufgibt. Ein kurzes Video über ihre Leistung finden Sie hier.

Die Erkenntnisse und Algorithmen von Daniel A. Spielman sind nicht nur für die Mathematik von Bedeutung, sondern auch für sehr praktische Probleme in der Informatik, der Signalverarbeitung, dem Ingenieurwesen und sogar bei der Planung klinischer Studien. Neben vielen anderen Ergebnissen lösten er und seine Mitarbeiter das Kadison-Singer-Problem, das in der Quantenmechanik auftauchte, sich aber als gleichwertig mit großen ungelösten Problemen in zahlreichen mathematischen Bereichen erwies – von der linearen Algebra (der Untersuchung von Gleichungen mit Vektoren und Matrizen) bis hin zur höherdimensionalen Geometrie, der kombinatorischen Optimierung (z. B. Versionen des „Problems des Handlungsreisenden“).) und der Mathematik der Signalverarbeitung. Ein kurzes Video über seine Leistung finden Sie hier.

In der Grundlagenphysik geht der Preis an vier Vorreiter auf dem Gebiet der Quanteninformation.

Mit ihrem BB84-Protokoll haben Charles H. Bennett und Gilles Brassard, aufbauend auf Stephen Wiesners bahnbrechender, jedoch wenig praktikabler Idee des Quantengeldes, die Quantenkryptographie begründet, indem sie eine praktische Möglichkeit entwickelten, geheime Nachrichten zwischen Nutzern zu versenden, die zunächst keine geheimen Informationen austauschen. Im Gegensatz zu den im elektronischen Handel üblichen Methoden kann dieses Verfahren selbst von einem Abhörer mit unbegrenzter Rechenleistung nicht geknackt werden. 1993 entdeckten sie zusammen mit Kollegen die Quantenteleportation und zeigten, dass die Verschränkung eine nützliche, quantifizierbare Ressource ist, obwohl sie selbst keine Kommunikationskapazität besitzt, und trugen damit zum Beginn der neuen Wissenschaft der Quanteninformationsverarbeitung bei.

David Deutsch legte die Grundlagen der Quantenberechnung. Er definierte die Quantenversion einer Turing-Maschine – einen universellen Quantencomputer – und bewies, dass sie jedes physikalische System, das den Gesetzen der Quantenmechanik gehorcht, mit beliebiger Genauigkeit simulieren kann. Er demonstrierte, dass ein solcher Computer einem Netzwerk aus erstaunlich wenigen Quantengattern entspricht – Logikgattern, die die Quantenphänomene der Verschränkung und Überlagerung vieler Zustände gleichzeitig nutzen. Und er entwickelte den ersten Quantenalgorithmus, der eine Berechnung schneller durchführen kann als der beste gleichwertige klassische Algorithmus.

Peter Shor erfand daraufhin den ersten wirklich nützlichen Algorithmus für Quantencomputer. Shors Algorithmus kann die Faktoren großer Zahlen exponentiell schneller finden, als man es bei einem klassischen Algorithmus für möglich hält. Er entwickelte auch Techniken zur Fehlerkorrektur in Quantencomputern – ein viel schwierigeres Unterfangen als in klassischen Computern, wo einfache Redundanz ausreicht. Diese Ideen ebneten nicht nur den Weg für die heutigen, sich schnell entwickelnden Quantencomputer, sondern sind auch an den Grenzen der Grundlagenphysik zu finden, insbesondere in der Metrologie – der Wissenschaft von der Messung – und der Quantengravitation.

Ein kurzes Video über die Leistung der Physiker finden Sie hier.

Neben den Hauptpreisen wurden 6 New Horizons Prizes in Höhe von jeweils 100.000 $ an 11 Nachwuchswissenschaftler und -mathematiker vergeben, die bereits einen erheblichen Einfluss auf ihr Fachgebiet ausgeübt haben. Darüber hinaus wurden 3 Maryam Mirzakhani New Frontiers Prizes in Höhe von je 50.000 $ an Mathematikerinnen verliehen, die kürzlich ihre Promotion abgeschlossen und bereits wichtige Ergebnisse erzielt haben.

Die Breakthrough Prizes sind die weltweit größten Wissenschaftspreise. Jeder der fünf Hauptpreise ist mit 3 Millionen Dollar dotiert, und durch die Hinzufügung der Preise für Nachwuchswissenschaftler belaufen sich die Gesamtpreise in diesem Jahr auf 15,75 Millionen Dollar.

Alle Preisträger des Jahres 2023 finden Sie unten:

2023 Breakthrough Prizes in Life Sciences

Clifford P. Brangwynne

Princeton University, Howard Hughes Medical Institute and the Marine Biological Laboratory

Anthony A. Hyman

Max-Planck-Institut für Molekulare Zellbiologie und Genetik

Für die Entdeckung eines fundamentalen Mechanismus der zellulären Organisation, der durch Phasentrennung von Proteinen und RNA in membranlose Flüssigkeitströpfchen vermittelt wird.

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Demis Hassabis

DeepMind

John Jumper

DeepMind

Für die Entwicklung einer Deep-Learning-KI-Methode, die die dreidimensionale Struktur von Proteinen aus ihrer Aminosäuresequenz schnell und genau prognostiziert.

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Emmanuel Mignot

Stanford University School of Medicine

Masashi Yanagisawa

University of Tsukuba

Für die Entdeckung, dass Narkolepsie durch den Verlust einer kleinen Population von Gehirnzellen verursacht wird, die eine wachmachende Substanz produzieren, wodurch der Weg für die Entwicklung neuer Behandlungen für Schlafstörungen geebnet wurde.

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2023 Breakthrough Prize in Fundamental Physics

Charles H. Bennett

IBM Thomas J. Watson Forschungszentrum

Gilles Brassard

Université de Montréal

David Deutsch

Oxford University

Peter W. Shor

MIT

Für Grundlagenarbeiten im Bereich der Quanteninformation.

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2023 Breakthrough Prize in Mathematics

Daniel A. Spielman

Yale University

Für bahnbrechende Beiträge zur theoretischen Informatik und Mathematik, einschließlich der Spektralgraphentheorie, dem Kadison-Singer-Problem, der numerischen linearen Algebra, der Optimierung und der Codierungstheorie.

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2023 New Horizons in Physics Prize

David Simmons-Duffin

Caltech

Für die Entwicklung analytischer und numerischer Techniken zur Untersuchung konformer Feldtheorien, einschließlich derjenigen, die den kritischen Punkt des flüssigen Dampfes und den superfluiden Phasenübergang beschreiben.

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Anna Grassellino

Fermilab

Für die Entdeckung bedeutender Leistungsverbesserungen bei supraleitenden Hochfrequenz-Hohlräumen aus Niob, deren Anwendungen von der Beschleunigerphysik bis zu Quantengeräten reichen.

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Hannes Bernien

University of Chicago

Manuel Endres

Caltech

Adam M. Kaufman

JILA, National Institute of Standards and Technology and University of Colorado

Kang-Kuen Ni

Harvard University

Hannes Pichler

University of Innsbruck and Austrian Academy of Sciences

Jeff Thompson

Princeton University

Für die Entwicklung optischer Pinzettenanordnungen zur Kontrolle einzelner Atome für Anwendungen in der Quanteninformationswissenschaft, Metrologie und Molekularphysik.

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2023 New Horizons in Mathematics Prize

Ana Caraiani

Imperial College London and University of Bonn

Für verschiedene transformative Beiträge zum Langlands-Programm und insbesondere für die Arbeit mit Peter Scholze über die Hodge-Tate-Periodenkarte für Shimura-Varietäten und ihre Anwendungen.

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Ronen Eldan

Weizmann Institut für Wissenschaft und Microsoft-Forschung

Für die Entwicklung der stochastischen Lokalisierungsmethode, die zu bedeutenden Fortschritten bei mehreren offenen Problemen in der hochdimensionalen Geometrie und Wahrscheinlichkeitsrechnung geführt hat, darunter das „Slicing-Problem“ von Jean Bourgain und die KLS-Vermutung.

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James Maynard

Oxford University and Institute for Advanced Study

Für mehrere Beiträge zur analytischen Zahlentheorie und insbesondere zur Verteilung von Primärzahlen.

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2023 Maryam Mirzakhani New Frontiers Prize

Maggie Miller

Stanford University and Clay Mathematics Institute

(PhD Princeton University 2020)

Für Arbeiten über faserige Bandknoten und Oberflächen in 4-dimensionalen Mannigfaltigkeiten.

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Jinyoung Park

Stanford University

(PhD Rutgers University 2020)

Für Beiträge zur Lösung mehrerer wichtiger Hypothesen über Schwellenwerte und Selektorprozesse.

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Vera Traub

University of Bonn

(PhD University of Bonn 2020)

Für Fortschritte bei den Annäherungsergebnissen bei klassischen kombinatorischen Optimierungsproblemen, einschließlich des Travelling-Salesman-Problems und der Netzgestaltung.

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Informationen zu Breakthrough Prize

Zum elften Mal wird der Breakthrough Prize, der als „Oscar der Wissenschaft“ bekannt ist, an die besten Wissenschaftler der Welt verliehen. Jeder Preis ist mit 3 Millionen Dollar dotiert und wird in den Bereichen Biowissenschaften, Grundlagenphysik und Mathematik verliehen. Darüber hinaus werden jedes Jahr bis zu drei New-Horizons-Preise für Physik, bis zu drei New Horizons in Mathematics Prizes und bis zu drei Maryam Mirzakhani New Frontiers Prizes an Nachwuchsforscher vergeben. Die Preisträger nehmen an einer feierlichen Preisverleihung teil, um ihre Leistungen zu würdigen und die nächste Generation von Wissenschaftlern zu inspirieren. Im Rahmen der Preisverleihung nehmen sie auch an einem Programm von Vorträgen und Diskussionen teil.

Die Breakthrough Prizes wurden von Sergey Brin, Priscilla Chan und Mark Zuckerberg, Julia und Yuri Milner sowie Anne Wojcicki gestiftet und werden von den von ihnen gegründeten Stiftungen finanziert. Auswahlausschüsse, die sich aus früheren Preisträgern des Breakthrough Prize in jedem Bereich zusammensetzen, wählen die Gewinner aus. Informationen zum Breakthrough Prize finden Sie unter breakthroughprize.org.

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