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Leonard Adleman

Date de naissance:

Endroit de naissance:

Date de la mort:

Endroit de la mort:

31 Dec 1945

San Francisco, California, USA

Présentation Wikipedia
ATTENTION - traduction automatique de la version anglaise

Leonard Adleman 's père était un appareil de commerçant, sa mère, un caissier de banque. Comme un jeune garçon qui grandit à San Francisco, Adleman a peu d'ambition, beaucoup moins de devenir un mathématicien. De son propre aveu, il a été "incroyablement naïf et immature". Toutefois, il a été son école secondaire professeur d'anglais qui lui fait réaliser la beauté des idées, par le biais d'une lecture de Hamlet. C'est à la suggestion de ce professeur qui a ouvert les yeux "sur le fait que l'on pourrait voir les choses plus profondément que les aspects purement superficielles" que Adleman inscrits à l'Université de Californie à Berkeley. Encore hésitant et indécis, il a d'abord déclaré être un chimiste (inspiré par des années de Mr.Wizard regarder à la télévision), puis un médecin (inspiré par son Kappa Nu fraternité frères) avant de s'installer sur une majeure en mathématiques.

J'avais passé par un zillion choses et finalement la seule chose qui était à gauche où je pouvais obtenir dans un délai raisonnable a été mathématiques.

Il lui a fallu cinq ans pour finalement diplômé en 1968 quand il a pris un emploi de programmeur informatique à la Bank of America. Peu de temps après, il a demandé à la faculté de médecine où il était acceptée, mais il a changé d'idée et ne pas s'inscrire. Il a plutôt décidé d'être un physicien et a commencé à prendre des cours à San Francisco State College tout en travaillant à la banque. Encore une fois il a perdu l'intérêt.

Je n'aimais pas faire des expériences, je l'ai beaucoup aimée envisager les choses.

Adleman finalement retourné à Berkeley pour poursuivre un doctorat en informatique. Il avait deux motivations, dont la première est pratique:

Je pensais que faire un doctorat en informatique serait au moins plus de ma carrière.

La deuxième était plus romantique. Martin Gardner a écrit un article sur Gödel 's théorème en Scientific American qui submergés Adleman avec ses implications philosophiques profondes:

Je pensais' Wow. Il en est ainsi soigné ". Il y avait plusieurs choses que j'ai trouvées soigné - des trous noirs, la relativité générale. Je pensais que pour une fois dans ma vie, je veux vraiment comprendre une profondeur de ces résultats.

Adleman a décidé de joindre les études supérieures et s'en retournent avec une compréhension de Gödel de l 'théorème à un niveau au-delà de la superficialité. Toutefois, alors que dans d'études supérieures, s'est passé quelque chose d'autre à lui - il a enfin compris la vraie nature et convaincant beauté des mathématiques. Il a découvert qu'il était "... moins liées à la comptabilité que de la philosophie."

Les gens pensent que des mathématiques comme une sorte de pratique d'art, ... le moment où vous devenez un mathématicien est l'endroit où vous voir à travers une certaine façon et voir la beauté et la puissance des mathématiques.

En 1976, Adleman a terminé sa thèse "Nombre théorique, Computational Aspects de complexités", a reçu son doctorat, et a immédiatement obtenu un emploi comme assistant professeur de mathématiques au MIT. (Son père lui a conseillé de rester avec la Banque d'Amérique où ils avaient au moins un bon plan de retraite). L'un des Adleman de ses collègues du MIT a été Ronald Rivest qui avait son bureau juste à côté. Rivest avait été en proie à un article dans The IEEE Transactions on Information Theory écrit par Martin Hellman, un informaticien de Stanford, et son élève Whitfield Diffie (voir l'encadré). Dans celle-ci, ils ont décrit une idée pour un nouveau type de système de cryptage. Il est basé sur l'introduction de nouvelles secret "touches" - des formules mathématiques pour brouiller les messages et unscrambling. Jusqu'à cette date, toute personne en possession d'une clé de cryptage pourrait également décrypter simplement inverser le cryptage des instructions. Qu'est-ce Diffie et Hellman proposé est tout à fait révolutionnaire - une utilisation simple des fonctions ou des formules mathématiques qui sont faciles à calculer dans un sens, mais impossible de le faire à l'inverse que si un savait comment ils ont été construits en premier lieu. La clé de chiffrement peut être rendu public afin que tout le monde peut envoyer un message. Mais seulement une personne la construction de la clé aurait la clé de décryptage et d'être ainsi en mesure de le décoder.

Rivest a annoncé qu'une telle une fonction à sens serait trouvée, qui conduirait à la création d'un système de cryptographie à clé publique. L'idée elle-même était manifestement réalisable mais que l'on trouve véritablement une fonction à sens unique semble une tâche formidable. Rivest a aussi un enthousiaste dans l'un de ses collègues - Adi Shamir. Adleman a toutefois été moins heureux que - il estime que l'idée est tout à fait irréaliste et indigne de poursuivre. Bientôt, cependant, Rivest Shamir et ont été d'inventer des systèmes de codage et Adleman accepté de tester chacun des systèmes en essayant de le casser. Le duo a eu avec 42 différents systèmes de codage et à chaque fois Adleman a été en mesure de le casser. Sur la 43 e tentative, fondée sur un problème difficile l'affacturage, Adleman a avoué que le code est vraiment incassable en raison des mathématiques en cause et pourrait sans doute prendre des siècles de calcul de facteur. Rivest restés debout toute la nuit, la préparation du manuscrit décrivant le code avant d'avoir remis à Adleman. Il a énuméré les auteurs du document dans l'ordre alphabétique - Adleman, Rivest, Shamir. Adleman, refusèrent:

J'ai dit Ron, «Prenez mon nom sur le papier. C'est votre travail ».

Mais Rivest a insisté et finalement prévalu sur lui.

Je pensais, "Eh bien, ça va être le moins important document que j'ai jamais été, mais dans quelques années, j'aurai besoin de tant de lignes sur ma vie pour obtenir d'occupation, ... d'autre part, j'ai fait faire une importante quantité de travail intellectuel briser les codes 1 à 42. Ainsi, la chose raisonnable à faire est d'être le troisième auteur ».

Martin Gardner a écrit à propos du code, maintenant appelé RSA après que les personnes concernées, dans sa chronique (voir l'encadré) et Adleman beaucoup à l'étonnement, leur notoriété et celle du code se propager rapidement. Une avalanche de lettres ont afflué et la National Security Agency (NSA), jusque-là le seul endroit où le cryptage a été étudiée, ont exprimé la crainte que la publication de codes apparemment incassable comme RSA pourrait potentiellement compromettre la sécurité nationale!

Rivest, Shamir et Adleman attribué le brevet de leur code à MIT en 1983 et formé une entreprise, RSA Data Security Inc Redwood City, Californie, RSA de faire des puces d'ordinateur. Adleman a été président, Rivest, président du conseil et Shamir le trésorier. En 1996, l'entreprise a été vendue pour 200 millions de dollars.

MIT Adleman fourni avec une atmosphère intellectuellement stimulant, mais il aspirait pour la Californie où il voulait s'installer et ont une famille. En conséquence, il a pris un emploi à l'Université de Southern California à Los Angeles (où il est actuellement le Professeur Henri de sauvegarde d'informatique et professeur de biologie moléculaire) en 1980. Trois ans plus tard, il a rencontré sa future épouse Lori Bruce à une simple danse. Il a été le coup de foudre et le couple s'est marié six semaines plus tard.

Dans la même année, Adleman, de même que RS Rumely et C Pomerance, a publié un document décrivant un "temps polynomial près de 'algorithme déterministe pour le problème de distinguer les nombres premiers de composites. Il a été le tout premier résultat en informatique théorique à être publié dans Annals of Mathematics (voir l'encadré).

L'année a également connu un développement historique dans l'informatique. Fred Cohen, un étudiant diplômé à l'USC, mis en avant une idée nouvelle en ce qui concerne "un programme qui peut" infecter 'd'autres programmes en modifiant afin de les inclure éventuellement une version modifiée de lui-même ". Adleman, qui était son supérieur hiérarchique Cohen, a été immédiatement convaincu que l'idée de travailler le moment où il l'a appris à ce sujet. Il a proposé le nom de «virus» pour le programme de Cohen qui finalement publié son premier virus de papier en 1984 et sa thèse de doctorat sur le même sujet en 1986.

Un point tournant dans la vie Adleman est venue au début des années 90 quand il a réalisé son enthousiasme envers le domaine de l'immunologie. L'une des raisons de son intérêt croissant pour elle, c'est que les problèmes non résolus en immunologie "a la nature de la beauté des mathématiciens chercher". Adleman a rapidement été préoccupés par l'étude des globules blancs appelés lymphocytes T dont la baisse constante de malades du sida sont vulnérables aux infections mortelles. Les cellules T sont principalement de deux types - CD4 et CD8. Il ya environ 800 cellules T CD4 dans chaque millimètre cube de sang en bonne santé et les personnes nouvellement infectées. Ce nombre toutefois, la baisse progressivement au cours de la décennie-longue période de latence associée au SIDA. En règle générale, après nombre de cellules CD4 tombe au-dessous de 200, caractéristique des infections du sida s'installe Toutefois, "la perte d'un des lymphocytes T n'est pas comme perdre un bras ou une jambe». Le corps humain, même celui d'une personne infectée par le VIH, peuvent reconstituer les cellules T en faisant de nouveaux. Il est tout à fait mystérieuse pourquoi les cellules T CD4 population a diminué dans les patients infectés par le VIH.

Adleman et d'autres ont suggéré que le problème réside dans le mécanisme homéostatique qui surveille les niveaux de lymphocytes T - il ne fait pas de distinction entre les CD4 et CD8 cellules. Ainsi, chaque fois qu'il détecte la perte de cellules T, le mécanisme homéostatique génère la fois CD4 et CD8 cellules à rétablir le total des lymphocytes T-count. Toutefois, l'ajout de cellules CD8 supprime efficacement la production de cellules CD4 et, par conséquent, le VIH continue d'attaquer CD4, ce qui diminue son compte. Comme Adleman a dit:

Le mécanisme homéostatique ... est aveugle.

Adleman et David Wofsy de l'Université de Californie à San Francisco ont décrit leur test de l'hypothèse dans le Février de 1993 du Journal of Acquired Immune Deficiency Syndromes (JAIDS) (voir). Malheureusement, la communauté de recherche sur le sida de réponses à Adleman les idées étaient moins encourageante. Déterminé, Adleman a décidé d'acquérir une meilleure compréhension de la biologie du VIH pour être plus persuasif un avocat. Il est entré au laboratoire de biologie moléculaire à l'USC et a commencé à apprendre les méthodes de la biologie moderne sous la direction de Nickolas Chelyapov (devenu le directeur de la recherche dans Adleman son propre laboratoire).

Il a été une période d'intense apprentissage pour Adleman dont le propre point de vue plus tôt sur la biologie a été l'objet d'une transformation importante. Il explique pourquoi:

La biologie est désormais l'étude des informations stockées dans l'ADN - fils de quatre lettres: A, T, G et C pour les bases adénine, thymine, guanine et la cytosine - et des transformations que subit l'information dans la cellule. Il a été mathématiques ici!

Il a commencé la lecture du texte classique de la biologie moléculaire du gène, co-écrit par James D. Watson (voir) de Watson-Crick renommée. Adleman raconte de façon éclatante au moment où il a étudié la description d'une enzyme particulière:

Une fin de soirée, alors que située dans le lit Watson lecture du texte, je suis venu à une description de l'ADN polymérase. C'est le roi des enzymes - le fabricant de la vie. Dans des conditions appropriées, étant donné un brin d'ADN, l'ADN polymérase produit un deuxième "Watson-Crick" volet complémentaire, dans lequel chaque C est remplacé par un G, tous les G C par un, tous les A par un T et T par tous les A . Par exemple, une molécule donnée avec la séquence CATGTC, l'ADN polymérase va produire une nouvelle molécule avec la séquence GTACAG. L'ADN polymérase permet de reproduire, ce qui permet de reproduire des cellules et en fin de compte vous permet de reproduire. Pour une stricte réductrice, la réplication de l'ADN par l'ADN polymérase est ce que la vie est d'autant.

Il continue:

ADN polymérase est un peu étonnant nanomachine, une seule molécule "houblon" sur un brin d'ADN et glisse le long, "lecture" chaque base de son passage et "écrit" son complément sur un nouveau volet de plus en plus l'ADN.

Il a été Adleman le moment d'épiphanie:

Bien que située y admirer cet étonnant enzyme, j'ai été frappé par sa ressemblance avec quelque chose décrite en 1936 par Alan Turing, le célèbre mathématicien britannique.

En effet, Adleman a été la réflexion sur la "machine de Turing".

Une version de sa machine se compose d'une paire de bandes et un mécanisme de contrôle un fini qui a fait passer le long de la "contribution" TAPE la lecture des données tout en se déplaçant sur la "sortie" bande de lecture et d'écriture d'autres données. Le contrôle a été fini programmable avec des instructions très simples, et on pourrait facilement écrire un programme qui se lirait comme suit une chaîne de A, T, C et G sur la bande d'entrée et à écrire la Watson-Crick complémentaires sur la chaîne de production de bandes. Les similitudes avec l'ADN polymérase ne peut guère avoir été plus évident.

Est encore plus vrai:

Mais il y avait un important élément d'information qui ont vraiment cette similitude frappante: Turing jouet ordinateur s'est révélé être universel - simple qu'il était, il pourrait être programmé pour calculer tout ce qui était calculable à tous. (Cette notion est essentiellement le contenu de la célèbre "Eglise de l 'thèse".) En d'autres termes, on pourrait programmer une machine de Turing à produire Watson-Crick complémentaires cordes, facteur numéros, jouer aux échecs et ainsi de suite.

Adleman pourrait difficilement contenir son enthousiasme:

Cette réalisation m'a causé à s'asseoir dans son lit et remarque à ma femme, Lori, "Jeez, ces choses peuvent calculer." Je n'ai pas à dormir le reste de la nuit, en essayant de trouver une façon d'obtenir l'ADN pour résoudre les problèmes.

Il a rapidement décidé de faire un ADN ordinateur semblable à une machine de Turing avec une enzyme de remplacer le fini. Une décennie plus tôt, des chercheurs d'IBM Charles H. Bennett et Rolf Landauer a suggéré l'essentiel des idées similaires (voir), mais il y avait une incertitude quant à l'existence d'enzymes qui non seulement produit Watson-Crick complète mais ont été en mesure d'accomplir d'autres fonctions mathématiques ainsi. Adleman a voulu que son ADN ordinateur pour réaliser quelque chose au moins aussi intéressant que jouer aux échecs. À cette fin, il a commencé l'apprentissage des outils essentiels de l'ADN polymérases comme la chimie, ligases, l'électrophorèse sur gel, la synthèse de l'ADN etc Le fait que les communications d'ADN, sur-mesure à des exigences spécifiques, est facilement disponible était plus utile que de sa fin.

Il est maintenant possible d'écrire une séquence d'ADN sur un morceau de papier, l'envoyer à une installation commerciale de synthèse et dans quelques jours recevoir un tube à essai contenant environ molécules d'ADN, tous les (plus ou moins) qui ont décrit la séquence. ... Les molécules sont livrés à sec dans un petit tube et apparaît en tant que petites, blanches, amorphe forfaitaire.

Théoriquement, seules deux choses sont nécessaires pour construire un ordinateur capable de calculer quoi que ce soit calculable - une méthode par laquelle les informations ont été stockées et les opérations simples qui agissent sur elle. ADN lui-même a été un entrepôt d'information (il contient le "plan de la vie"!), Tandis que les enzymes telles que la polymérases a été utilisée pour faire fonctionner sur cette information. Adleman savait qu'il avait assez pour construire un ordinateur universel.

La très prochaine chose qu'il avait à faire était de sélectionner un problème que son ADN ordinateur serait en mesure de résoudre. Adleman décidé d'Hamiltonian Path Problem.

... donné un graphe orienté avec bords et un sommet début et de fin sommet, on dit il ya un chemin hamiltonien si et seulement si il ya un chemin qui commence au début sommet, se termine à la fin sommet et passe par chaque sommet reste exactement une fois . Le Sentier Hamiltonian problème est de décider quel que soit le graphique avec des début et de fin sommets si un chemin d'accès n'existe Hamiltonian ou non.

Bien que le chemin Hamiltonian problème a été abondamment étudié, un algorithme efficace pour résoudre il est encore à émerger. Il a été démontré au début des années 1970, qu'aucun algorithme efficace pour le problème est tout à fait possible (la preuve il est encore un problème ouvert!). En fait, il appartient à une classe plus large de problèmes connu sous le nom de "NP-complet". Toutefois, il existe des algorithmes tels que ceux-ci qui travaillent néanmoins:

Etant donné un graphe orienté G avec n sommets, après avoir sommet début et de fin et sommet v,

  1. Générer un jeu de hasard des chemins à travers le graphique.
  2. Retirez tout chemin qui ne commence pas par un u et v de fin.
  3. Enlever n'importe quel chemin qui n'entre pas exactement n sommets.
  4. Retirez tout chemin qui ne passe pas par le biais de chaque sommet au moins une fois.
  5. Si l'ensemble est non vide, disons "Oui", sinon, dire "Non".


Bien qu'elle ne soit pas un efficace, cet algorithme donne raisonnablement correcte résultats fournis chemins sont générés de manière aléatoire assez et les séries sont suffisamment importants. C'est précisément ce qui Adleman algorithme utilisé dans son premier calcul d'ADN. Pour sa Hamiltonian Path problème, il a choisi le graphe orienté suivant:


Dans ce graphique, le début et la fin sommets pour le chemin hamiltonien sont respectivement 0 et 6. Adleman d'abord attribués au hasard une séquence d'ADN à chaque sommet et de pointe dans le graphique (les séquences sont connues sous le nom d'oligonucléotides). Parce que chaque séquence d'ADN a son Watson-Crick complément, chaque sommet est associé avec son complément séquence. Une fois l'encodage ont été mis en place, les séquences d'ADN complémentaires pour les sommets et les séquences pour les bords ont été synthétisés. Les autres procédures sont le mieux décrit par Adleman lui-même:

J'ai pris une pincée (environ 10 14 molécules) de chacune des différentes séquences et de les mettre en commun un tube à essai. Pour commencer le calcul, j'ai simplement ajouté l'eau - plus ligase, le sel et quelques autres ingrédients de rapprocher les conditions à l'intérieur d'une cellule. Au total, seulement un cinquantième d'une cuillère à café de solution a été utilisée. Dans une seconde environ, j'ai eu la réponse à la Hamiltonian Path problème dans ma main.

Adleman a dû alors effectuer une expérience plutôt pénible dans laquelle il a dû éliminer les sur une 100 milliards de molécules non-codées Hamiltonian chemins. Le fait qu'il a mis en œuvre l'algorithme décrit ci-dessus signifie que tout l'ADN qui reste dans le tube à essai après chaque étapes précédentes ont été réalisées devraient nécessairement encoder les hamiltoniens chemin. En fin de compte, il a fallu Adleman sept jours dans le laboratoire de biologie moléculaire à effectuer le premier calcul d'ADN.

Adleman a signalé sa brillante découverte dans le Novembre 1994 de la science (voir l'encadré) et il est maintenant à juste titre salué comme le «père de calcul de l'ADN». L'un des plus grands champs de la recherche scientifique contemporaine, calcul moléculaire a connu des percées remarquables dans les années qui ont suivi l'expérience de Adleman. En 1995, Richard J. Lipton à l'Université de Princeton proposé (voir) une solution d'ADN à un autre fameux «NP-complet problème - ce que l'on appelle la" satisfaction "problème (SAT). En 2002, une équipe de chercheurs dirigée par Ehud Shapiro à l'Institut Weizmann des sciences en Rehovet, Israël a mis au point une machine moléculaire informatique composé d'enzymes et molécules d'ADN qui pourrait se charger de 330 billions d'opérations par seconde, plus de 100000 fois la vitesse du PC le plus rapide . En quelques mois, la même équipe ont amélioré leurs précédents avec un modèle dans lequel l'ADN d'entrée est aussi la source de carburant de la machine (voir l'encadré). Le Livre Guinness des Records a reconnu l'ordinateur comme «le plus petit dispositif biologique informatique" jamais construits.

D'ADN, des dispositifs de calcul ont des implications révolutionnaires dans le domaine pharmaceutique et biomédical domaines. Les scientifiques prévoient un avenir où de minuscules ordinateurs ADN serait en mesure de surveiller notre bien-être et la libération le bon médicament pour réparer les tissus endommagés. Shapiro dit:

Autonome bio-moléculaire ordinateurs mai être en mesure de travailler comme des «médecins dans une cellule», opérant à l'intérieur des cellules vivantes et de détection des anomalies dans le pays d'accueil ... Consulter leur programmé des connaissances médicales, les ordinateurs peuvent répondre à des anomalies de la synthèse et la libération de la drogue.

David Hawksett, la science juge à la Guinness World Records, il met à juste titre:

Il s'agit d'un domaine de la recherche, qui laisse les auteurs de science-fiction du mal à suivre.

Ce «médecin-in-a-cell» de la vision moléculaire de calcul est seulement un de beaucoup d'autres sont menées avec détermination par les scientifiques qui sont aujourd'hui les relayeurs de la nouvelle «science moléculaire» qui tente de pénétrer profondément dans les mystères cachés de la vie. Il est en effet remarquable que le mariage du apparemment disparates mais tout aussi fécond domaines de la biologie et les mathématiques a favorisé une telle entreprise. Pas moins source d'inspiration, en cette époque de forte spécialisation, est le fait qu'il était un mathématicien qui a commencé tout cela. Peut-être un jour nous pourrions faire valoir la vision Adleman:

Au cours du dernier demi-siècle, la biologie et l'informatique ont fleuri, et il ne fait guère de doute qu'ils seront au cœur de nos scientifiques et de progrès économique dans le nouveau millénaire. Mais la biologie et l'informatique - la vie et de calcul - sont liés. Je suis convaincu que, à leur interface grandes découvertes attendent ceux qui cherchent.

Source:School of Mathematics and Statistics University of St Andrews, Scotland