John J. Hopfield

1.1. Masa Kecil dan Latar Belakang Keluarga

John Joseph Hopfield lahir pada tahun 1933 di Chicago, Illinois. Ia adalah putra dari John Joseph Hopfield senior, seorang spektroskopis yang lahir di Polandia dengan nama Jan Józef Chmielewski, dan Helen Hopfield (née Staff). Kedua orang tuanya adalah fisikawan, menciptakan lingkungan keluarga yang sangat mendukung minat dan bakat ilmiah John J. Hopfield sejak usia dini.

1.2. Pendidikan

Hopfield meraih gelar Sarjana Seni dengan mayor di bidang fisika dari Swarthmore College di Pennsylvania pada tahun 1954. Ia kemudian melanjutkan pendidikannya dan memperoleh gelar Doktor Filsafat di bidang fisika dari Universitas Cornell pada tahun 1958. Disertasi doktoralnya berjudul "A quantum-mechanical theory of the contribution of excitons to the complex dielectric constant of crystals" (Teori Kuantum-Mekanis Kontribusi Eksiton terhadap Konstanta Dielektrik Kompleks Kristal). Selama studi doktoralnya, ia dibimbing oleh Albert Overhauser.

2.1. Awal Karier di Bell Labs

Setelah meraih gelar doktor, Hopfield menghabiskan dua tahun di kelompok teori di Bell Laboratories. Di sana, ia melakukan penelitian tentang sifat optik semikonduktor bersama David Gilbert Thomas. Kemudian, ia berkolaborasi dengan Robert G. Shulman untuk mengembangkan model kuantitatif yang menjelaskan perilaku kooperatif hemoglobin. Periode ini menandai awal transisi penelitiannya dari fisika murni ke persimpangan fisika dan biologi.

2.2. Posisi Akademik

Setelah Bell Labs, Hopfield menjabat sebagai anggota fakultas di berbagai institusi terkemuka:

• Universitas California, Berkeley (Fisika, 1961-1964)
• Universitas Princeton (Fisika, 1964-1980)
• Institut Teknologi California (Caltech, Kimia dan Biologi, 1980-1997)
• Kembali ke Universitas Princeton (1997-sekarang), di mana ia menjabat sebagai Profesor Emeritus Biologi Molekuler Howard A. Prior.

Pada tahun 1976, ia berpartisipasi dalam film pendek ilmiah tentang struktur hemoglobin, yang juga menampilkan Linus Pauling. Antara tahun 1981 hingga 1983, Hopfield bersama Richard Feynman dan Carver Mead memberikan kursus satu tahun di Caltech berjudul "The Physics of Computation" (Fisika Komputasi). Kolaborasi ini menginspirasi pendirian program doktoral Komputasi dan Sistem Saraf di Caltech pada tahun 1986, yang turut didirikan oleh Hopfield.

2.3. Siswa Bimbingan

Selama kariernya, Hopfield telah membimbing sejumlah mahasiswa doktoral yang kemudian menjadi ilmuwan terkemuka di bidangnya masing-masing. Beberapa di antaranya adalah:

• Gerald Mahan (PhD 1964)
• Bertrand Halperin (PhD 1965)
• Steven Girvin (PhD 1977)
• Terry Sejnowski (PhD 1978)
• José Onuchic (PhD 1987)
• Li Zhaoping (PhD 1990)
• David J. C. MacKay (PhD 1992)
• Erik Winfree (PhD 1998)

3.1. Fisika Materi Terkondensasi dan Mekanika Kuantum

Dalam karya doktoralnya pada tahun 1958, Hopfield meneliti interaksi eksiton dalam kristal, menciptakan istilah polariton untuk kuasipartikel yang muncul dalam fisika zat padat. Ia menyatakan bahwa "partikel" medan polarisasi yang analog dengan foton akan disebut "polariton". Model polaritonnya kadang-kadang dikenal sebagai dielektrik Hopfield.

Antara tahun 1959 dan 1963, Hopfield dan David G. Thomas menyelidiki struktur eksiton kadmium sulfida dari spektrum refleksinya. Eksperimen dan model teoretis mereka memungkinkan pemahaman tentang spektroskopi optik senyawa semikonduktor II-VI.

Fisikawan materi terkondensasi, Philip W. Anderson, menyebut Hopfield sebagai "kolaborator tersembunyi" dalam karyanya tahun 1961-1970 tentang model pengotor Anderson, yang menjelaskan efek Kondo. Meskipun Hopfield tidak dicantumkan sebagai rekan penulis dalam makalah-makalah tersebut, Anderson mengakui pentingnya kontribusi Hopfield dalam berbagai tulisannya.

Pada tahun 1973, William C. Topp dan Hopfield memperkenalkan konsep pseudopotensial yang melestarikan norma.

3.2. Biofisika dan Sistem Biologis

Pada tahun 1974, Hopfield memperkenalkan mekanisme koreksi kesalahan dalam reaksi biokimia yang dikenal sebagai pembacaan koreksi kinetik (kinetic proofreading_{pembacaan koreksi kinetik}^{Bahasa Inggris}) untuk menjelaskan akurasi dalam proses biosintetik, termasuk replikasi DNA. Konsep ini sangat penting untuk memahami bagaimana sistem biologis mencapai presisi tinggi dalam proses-proses vital.

3.3. Jaringan Saraf Tiruan dan Kecerdasan Buatan

Kontribusi paling terkenal dari Hopfield adalah dalam bidang jaringan saraf tiruan (JST) dan kecerdasan buatan. Karyanya di sini secara signifikan menghidupkan kembali minat dalam bidang AI setelah periode "musim dingin AI".

3.4. Ilmu Saraf Komputasi dan Sistem Kompleks

Hopfield adalah salah satu pelopor hipotesis otak kritis. Pada tahun 1994, ia adalah orang pertama yang menghubungkan jaringan saraf dengan kritisitas terorganisir sendiri (self-organized criticality_{kritisitas terorganisir sendiri}^{Bahasa Inggris}), merujuk pada model Olami-Feder-Christensen untuk gempa bumi. Pada tahun 1995, Hopfield dan Andreas V. Herz menunjukkan bahwa longsoran saraf (neural avalanches_{longsoran saraf}^{Bahasa Inggris}) dalam aktivitas saraf mengikuti distribusi hukum pangkat, mirip dengan gempa bumi. Penelitian ini menekankan bahwa fungsi otak, dalam arti tertentu, adalah komputasi, dan pemahaman praktis tentang bagaimana sistem neuron yang berinteraksi berfungsi harus dijelaskan dengan konsep dan struktur matematis.