新型類腦計算方案探索未來智能新紀(jì)元
【化工儀器網(wǎng) 行業(yè)百態(tài)】類腦計算，又稱為神經(jīng)形態(tài)計算，是一種借鑒生物神經(jīng)系統(tǒng)信息處理模式和結(jié)構(gòu)的計算理論、體系結(jié)構(gòu)、芯片設(shè)計以及應(yīng)用模型與算法的總稱，其核心目標(biāo)是開發(fā)出能夠模擬人類大腦的智能系統(tǒng)。目前熱門的幾個計算機技術(shù)例如人工智能、大數(shù)據(jù)處理、人機交互，與類腦計算都有著緊密的聯(lián)系。
目前，類腦計算技術(shù)仍處于發(fā)展階段，理論和模型的局限性是其面臨的重大挑戰(zhàn)。受限于與人腦復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，盡管一些基本機制能夠被理解，但是諸如意識、智能決策等仍然無法通過計算機模型實現(xiàn)模擬。也正因如此，尋找更加合適的類腦計算方案是目前該領(lǐng)域的重要突破口。
近日，南京大學(xué)物理學(xué)院教授繆峰、副教授梁世軍團隊聯(lián)合南京理工大學(xué)教授程斌通過構(gòu)筑雙側(cè)對齊的魔角雙層石墨烯器件，觀測到電子型鐵電性與陳絕緣體的共存，提出并驗證了噪聲免疫的類腦計算方案。該方案基于特殊堆垛構(gòu)型的魔角石墨烯器件，通過觀測到電子型鐵電性與拓撲邊界態(tài)的共存，并基于可選擇的準(zhǔn)連續(xù)鐵電開關(guān)，實現(xiàn)了噪聲免疫的類腦計算。
這套方案的核心主要分為兩部分。其一是準(zhǔn)連續(xù)鐵電開關(guān)。研究團隊在魔角雙層石墨烯器件中實現(xiàn)了準(zhǔn)連續(xù)鐵電態(tài)的開關(guān)功能。通過施加幅值精細控制的短時電場脈沖，可以非易失地在不同的量子電導(dǎo)狀態(tài)之間切換，從而獲得了大量的準(zhǔn)連續(xù)鐵電態(tài)。其二是噪聲免疫的類腦計算。在該方案中，鐵電陳絕緣體器件中出現(xiàn)的任意準(zhǔn)連續(xù)電阻態(tài)可被確定地重復(fù)訪問，這使得計算過程能夠抵抗噪聲干擾，實現(xiàn)更穩(wěn)定、更高效的計算。
整體來看，該方案的優(yōu)勢主要集中在低功耗和噪聲免疫兩方面。一方面由于拓撲邊界態(tài)具有排除外界干擾的特性，因此基于該態(tài)的計算過程能夠顯著降低能耗，符合當(dāng)前綠色計算的發(fā)展趨勢。；另一方面噪聲免疫的類腦計算方案則能夠有效抵抗噪聲干擾，提高計算的穩(wěn)定性和可靠性。這使得其為開發(fā)基于拓撲邊界態(tài)的新型低功耗電子器件開辟了全新技術(shù)路線，有望進一步促進人工智能、神經(jīng)形態(tài)計算、量子計算等領(lǐng)域的進一步發(fā)展。
目前相關(guān)論文已經(jīng)發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《自然·納米技術(shù)》，具體的研究內(nèi)容也可以在南京大學(xué)查詢到。
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