LES LAURÉATS DES BREAKTHROUGH PRIZES 2023 EN SCIENCES DE LA VIE, MATHÉMATIQUES ET PHYSIQUE FONDAMENTALE VIENNENT D'ÊTRE ANNONCÉS

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15,75 millions de dollars de prix remis pour la prédiction de la structure protéique grâce à l'apprentissage profond (« deep learning »), à des pionniers de l'information quantique et aux découvertes faites grâce à des applications allant du traitement des maladies neurodégénératives à l'optimisation de la transmission vidéo

Le Breakthrough Prize en sciences de la vie a été décerné à Clifford P. Brangwynne et Anthony A/ Hyman ; Demis Hassabis et John Jumper ; Emmanuel Mignot et Masashi Yanagisawa

Le Breakthrough Prize en mathématiques a été décerné à Daniel A. Spielman

Le Breakthrough Prize en physique fondamentale a été décerné à Charles H. Bennett, Gilles Brassard, David Deutsch et Peter Shor 

Six prix New Horizons récompensant des réalisations en début de carrière en physique et en mathématiques

Trois prix Maryam Mirzakhani New Frontiers sont décernés à des mathématiciennes en début de carrière

SAN FRANCISCO, 26 septembre 2022 /PRNewswire/ -- La Fondation Breakthrough Prize et ses sponsors fondateurs – Sergey Brin, Priscilla Chan et Mark Zuckerberg, Yuri et Julia Milner, et Anne Wojcicki – ont annoncé aujourd'hui les lauréats des Breakthrough Prizes 2023, reconnus pour leurs découvertes révolutionnaires dans les domaines de la physique fondamentale, des sciences de la vie et des mathématiques, ainsi que des scientifiques en début de carrière qui ont apporté une contribution importante à leur domaine.

Trois Breakthrough Prizes en sciences de la vie sont décernés à : Clifford P. Brangwynne et Anthony A. Hyman pour la découverte d'un nouveau mécanisme d'organisation cellulaire ; Demis Hassabis et John Jumper pour le développement d'AlphaFold, qui prédit avec précision la structure des protéines ; et à Emmanuel Mignot et Masashi Yanagisawa pour avoir découvert les causes de la narcolepsie. Le Breakthrough Prize en mathématiques va à Daniel A. Spielman, pour ses multiples découvertes en informatique théorique et en mathématiques. Le Breakthrough Prize en physique fondamentale est partagé par Charles H. Bennett, Gilles Brassard, David Deutsch et Peter Shor pour leurs travaux fondamentaux en information quantique. Et des contributions importantes venant de scientifiques en début de carrière sont également reconnues, avec six prix New Horizons en physique et mathématiques et trois prix Maryam Mirzakhani New Frontiers pour des mathématiciennes qui ont récemment terminé leur doctorat.

« Des percées dans le domaine des maladies neurodégénératives et de l'informatique quantique, une IA résolvant la structure des protéines, et plus encore… Ce sont des avancées incroyables qui méritent d'être célébrées », s'est réjoui Sergey Brin.

« Félicitations à tous les lauréats des Breakthrough Prizes, dont les découvertes incroyables ouvriront la voie à la découverte scientifique et stimuleront l'innovation », ont déclaré les cofondateurs et les co-PDG du CZI, Priscilla Chan et Mark Zuckerberg. « Ces lauréats et ces scientifiques en début de carrière repoussent les limites de ce qui est possible en termes de recherche et en sciences, et nous sommes ravis d'honorer leurs réussites. »

« Les lauréats honorés aujourd'hui incarnent le pouvoir remarquable de la science fondamentale », a proclamé Yuri Milner, « à la fois pour révéler des vérités profondes concernant l'Univers et pour améliorer la vie humaine. »

 « Les lauréats de l'année 2023 ont produit des résultats scientifiques absolument exceptionnels », a estimé Anne Wojcicki. « La créativité, l'ingéniosité et la persévérance pure qui ont accompagné leur travail impose le respect. »

Dans le domaine des sciences de la vie, Demis Hassabis et John Jumper sont à l'origine d'AlphaFold 2, le système d'IA qui a largement résolu le problème de la prédiction de la structure des protéines, l'un des plus grands défis du domaine de la biologie. Les protéines sont comme des nanomachines qui font fonctionner les cellules, et la prédiction de leur structure 3D à partir de la séquence de leurs acides aminés est essentielle pour comprendre le fonctionnement de la vie. Avec leur équipe de DeepMind, Hassabis et Jumper ont conçu et construit un système d'apprentissage profond qui modélise avec précision et rapidité la structure des protéines. AlphaFold a déjà eu un impact révolutionnaire dans les sciences de la vie : cet été, DeepMind a téléchargé les structures de 200 millions de protéines – presque toutes les protéines connues du domaine du vivant – dans une base de données publique. Ce programme réduit le temps que les scientifiques passent en moyenne à déterminer la structure des protéines de plusieurs mois, voire années, à seulement quelques heures — ou même minutes. Il recèle la promesse d'immenses avantages futurs, de la conception de médicaments à la biologie synthétique, aux nanomatériaux et à la compréhension fondamentale des processus cellulaires. Une courte vidéo présentant leur travail peut être visionnée ici.

La découverte d'un nouveau processus cellulaire est reconnue par un autre des prix en sciences de la vie. Encore récemment, on pensait que la plupart des activités d'une cellule se déroulaient dans les organites, des sous-unités spécialisées entourées de membranes. Mais Anthony Hyman et Clifford Brangwynne ont découvert un tout nouveau principe physique qui concentre les interactions cellulaires entre les protéines et d'autres biomolécules, en l'absence de membranes. Ils ont décrit des gouttelettes dynamiques de type liquide qui se forment rapidement par séparation de phase – semblables à des gouttelettes d'huile qui se forment dans l'eau – produisant des structures temporaires protégées de l'agitation moléculaire de l'intérieur aqueux de la cellule. Depuis leur découverte, eux et d'autres ont montré que ces condensats liquides sans membrane jouent un rôle dans de nombreux processus cellulaires comme la signalisation, la division cellulaire, la structure imbriquée des nucléoles dans le noyau cellulaire, et la régulation de l'ADN. Leur découverte constitue une avancée fondamentale dans notre compréhension de l'organisation cellulaire et devrait mener à des applications cliniques à l'avenir, notamment pour les maladies neurodégénératives comme la SLA (maladie de Charcot). Une courte vidéo présentant leur travail peut être visionnée ici.

Une autre maladie neurodégénérative, la narcolepsie, était peu comprise avant qu'Emmanuel Mignot et Masashi Yanagisawa, qui dirigeaient des laboratoires distincts et poursuivaient des programmes de recherche différents, ne convergent vers une nouvelle compréhension de ses causes. Ils ont montré que la protéine orexine (également appelée hypocrétine) qui régule habituellement l'état d'éveil, est au cœur de la maladie. Chez certains animaux, comme les chiens, la narcolepsie est causée par une mutation affectant le récepteur neuronal auquel l'orexine se lie, tandis que chez l'humain, la maladie est déclenchée par le système immunitaire qui attaque les cellules produisant l'orexine (probablement en la « confondant » avec une particule virale). Les découvertes de Mignot et de Yanagisawa ont mené à des traitements visant à soulager les symptômes de la narcolepsie, ainsi qu'à permettre la conception de médicaments favorisant le sommeil. Ils ont révélé que la narcolepsie est une maladie neurodégénérative d'origine auto-immune, et soulèvent la possibilité que d'autres maladies neurodégénératives puissent être causées par une perte sélective de neurones. Ils ont aussi mis en lumière un mécanisme central du sommeil et de l'éveil, un domaine du comportement qui recèle encore de nombreux mystères. Une courte vidéo présentant leur travail peut être visionnée ici.

En mathématiques, les connaissances et les algorithmes de Daniel A. Spielman ont été importants non seulement pour le domaine des mathématiques, mais aussi pour les problèmes très pratiques dans les domaines de l'informatique, du traitement du signal, de l'ingénierie et même de la conception d'essais cliniques. Parmi de nombreux autres résultats, lui et ses collaborateurs ont résolu le problème Kadison-Singer, qui est apparu en mécanique quantique mais s'est avéré équivalent à des problèmes majeurs non résolus dans de nombreux domaines mathématiques, de l'algèbre linéaire (l'étude des équations comportant des vecteurs et des matrices) à la géométrie de dimension supérieure, en passant par l'optimisation combinatoire (par exemple, des versions du « problème du voyageur de commerce ») et les mathématiques du traitement du signal. Une courte vidéo présentant son travail peut être visionnée ici.

En physique fondamentale, le prix est décerné à quatre pionniers dans le domaine de l'information quantique.

Avec leur protocole BB84, Charles H. Bennett et Gilles Brassard, en s'appuyant sur l'idée fondamentale mais peu pratique de Stephen Wiesner à propos de l'argent quantique, ont initié la cryptographie quantique en concevant une façon pratique d'envoyer des messages secrets entre les utilisateurs qui ne partagent aucune information secrète au départ. Contrairement aux méthodes couramment utilisées dans le commerce électronique, elle ne peut être brisée, même par un pirate informatique disposant d'une puissance de calcul illimitée. Leur découverte en 1993, faite avec des collaborateurs, de la téléportation quantique, a montré que l'intrication est une ressource quantifiable utile bien qu'elle n'ait aucune capacité de communication propre, contribuant ainsi à lancer la nouvelle science du traitement de l'information quantique.

David Deutsch a jeté les bases de l'informatique quantique. Il a défini la version quantique d'une machine de Turing – un ordinateur quantique universel – et a prouvé qu'elle pouvait simuler avec une précision arbitraire tout système physique qui obéit aux lois de la mécanique quantique. Il a montré qu'un tel ordinateur équivaut à un réseau de portes quantiques étonnamment peu nombreuses ; des portes logiques qui exploitent les phénomènes quantiques d'enchevêtrement et de superposition de nombreux états à la fois. Il a également conçu le premier algorithme quantique capable d'effectuer un calcul plus rapidement que le meilleur algorithme classique équivalent.

Peter Shor a par la suite inventé le premier algorithme d'ordinateur quantique clairement utile. L'algorithme de Shor peut trouver les facteurs de grands nombres exponentiellement plus rapidement que ce que l'on pensait être possible pour tout algorithme classique. Il a également conçu des techniques de correction des erreurs dans les ordinateurs quantiques, une tâche bien plus difficile que dans les ordinateurs classiques, où une simple redondance suffit. Ces idées ont non seulement ouvert la voie aux ordinateurs quantiques d'aujourd'hui, qui se développent rapidement, mais elles évoluent aussi maintenant aux frontières de la physique fondamentale, en particulier dans l'étude de la métrologie – la science de la mesure – et de la gravité quantique.

Une courte vidéo présentant les travaux de ces physiciens est disponible ici.

Au-delà des prix principaux, six prix New Horizons, chacun d'une valeur de 100 000 dollars, ont été répartis entre 11 scientifiques et mathématiciens en début de carrière ayant déjà eu un impact substantiel sur leur domaine. En outre, trois prix Maryam Mirzakhani New Frontiers, d'une valeur de 50 000 dollars chacun, ont été décernés à des mathématiciennes ayant récemment terminé leur doctorat et produit des résultats importants.

Les Breakthrough Prizes sont les plus importants prix scientifiques au monde. Chacun des cinq prix principaux s'élève à trois millions de dollars, et l'ajout des prix pour les jeunes chercheurs porte le total des prix de cette année à 15,75 millions de dollars.

Les citations complètes de tous les lauréats pour l'année 2023 se trouvent ci-dessous :

Breakthrough Prize 2023 en sciences de la vie

Clifford P. Brangwynne 

Université de Princeton, Howard Hughes Medical Institute et le Marine Biological Laboratory

Anthony A. Hyman 

Institut Max-Planck de biologie cellulaire moléculaire et génétique

Pour la découverte d'un mécanisme fondamental d'organisation cellulaire médié par la séparation de phase des protéines et de l'ARN en gouttelettes liquides dépourvues de membranes.

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Demis Hassabis

DeepMind

John Jumper

DeepMind

Pour avoir mis au point une méthode d'apprentissage profond de l'IA permettant de prédire rapidement et avec précision la structure tridimensionnelle des protéines à partir de leur séquence d'acides aminés.

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Emmanuel Mignot 

École de médecine de l'Université de Stanford

Masashi Yanagisawa

Université de Tsukuba

Pour avoir découvert que la narcolepsie est causée par la perte d'une petite population de cellules cérébrales qui fabriquent une substance favorisant l'éveil, ouvrant ainsi la voie au développement de nouveaux traitements pour les troubles du sommeil.

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Breakthrough Prize 2023 en physique fondamentale

Charles H. Bennett 

Centre de recherche Thomas J. Watson d'IBM

Gilles Brassard 

Université de Montréal

David Deutsch 

Université d'Oxford

Peter W. Shor 

MIT

Pour son travail fondamental dans le domaine de l'information quantique.

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Breakthrough Prize 2023 en mathématiques

Daniel A. Spielman

Université de Yale

Pour ses contributions révolutionnaires à l'informatique théorique et aux mathématiques, notamment à la théorie des graphes spectraux, au problème de Kadison-Singer, à l'algèbre linéaire numérique, à l'optimisation et à la théorie du codage.

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Prix New Horizons 2023 en physique

David Simmons-Duffin 

Caltech

Pour le développement de techniques analytiques et numériques d'étude des théories des champs conformes, notamment celles décrivant le point critique de la vapeur liquide et la transition de phase superfluide.

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Anna Grassellino 

Fermilab

Pour la découverte d'améliorations majeures des performances des cavités de radiofréquences supraconductrices au niobium, avec des applications allant de la physique des accélérateurs aux dispositifs quantiques.

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Hannes Bernien 

Université de Chicago

Manuel Endres 

Caltech 

Adam M. Kaufman 

JILA, Institut national des normes et de la technologie et Université du Colorado

Kang-Kuen Ni 

Université de Harvard

Hannes Pichler 

Université d'Innsbruck et Académie autrichienne des sciences

Jeff Thompson 

Université de Princeton

Pour le développement de réseaux de pinces optiques permettant de contrôler des atomes individuels pour des applications en science de l'information quantique, en métrologie et en physique moléculaire.

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Prix New Horizons 2023 en mathématiques

Ana Caraiani 

Imperial College London et Université de Bonn

Pour diverses contributions transformatrices au programme Langlands, et en particulier pour son travail avec Peter Scholze sur la cartographie des périodes de Hodge-Tate pour les variétés de Shimura et ses applications.

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Ronen Eldan 

Institut Weizmann des sciences et Microsoft Research

Pour la création de la méthode de localisation stochastique, qui a permis de réaliser des progrès significatifs dans plusieurs problèmes ouverts de probabilités et de géométrie de dimension supérieure, notamment le problème du découpage de Jean Bourgain et la conjecture KLS. 

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James Maynard

Université d'Oxford et Institute for Advanced Study

Pour ses multiples contributions à la théorie analytique des nombres, et en particulier à la distribution des nombres premiers.

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Prix Maryam Mirzakhani New Frontiers 2023

Maggie Miller 

Université de Stanford et Institut de Mathématiques Clay

(Doctorat de l'Université de Princeton, 2020)

Pour son travail sur les nœuds de rubans fibrés et les surfaces dans les collecteurs quadridimensionnels.

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Jinyoung Park 

Université de Stanford

(Doctorat de l'Université Rutgers, 2020)

Pour ses contributions à la résolution de plusieurs conjectures majeures sur les seuils et les processus de sélection. 

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Vera Traub 

Université de Bonn

(Doctorat de l'Université de Bonn, 2020)

Pour ses avancées en matière de résultats d'approximation dans les problèmes classiques d'optimisation combinatoire, notamment le problème du voyageur de commerce et la conception de réseaux.

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À propos du Breakthrough Prize

Pour la onzième année, les Breakthrough Prizes, réputés comme les « Oscars de la science », récompensent les meilleurs scientifiques au monde. Chaque prix s'élève à 3 millions de dollars et est décerné dans les domaines des sciences de la vie, de la physique fondamentale et des mathématiques. En outre, jusqu'à trois prix New Horizons en physique, trois prix New Horizons en mathématiques et trois prix Maryam Mirzakhani New Frontiers sont décernés chaque année à des chercheurs en début de carrière. Les lauréats participent à une cérémonie de gala destinée à célébrer leurs réalisations et à inspirer la prochaine génération de scientifiques. Dans le cadre de la cérémonie, ils participent également à un programme de conférences et de discussions.

Les Breakthrough Prizes ont été fondés par Sergey Brin, Priscilla Chan et Mark Zuckerberg, Julia et Yuri Milner et Anne Wojcicki, et sont parrainés par les fondations qu'ils ont établies. Les gagnants sont choisis par des comités de sélection composés des précédents lauréats du Breakthrough Prize dans chaque domaine. Des informations sur le Breakthrough Prize sont disponibles sur breakthroughprize.org.

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