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研究人员提出了基于低温超导光电方案的大规模人工智能系统

放大字体  缩小字体 发布日期:2021-04-23  来源:腾讯新闻  浏览次数:38
核心提示:随着各界对人工智能兴趣的提升,研究人员开始将注意力转移到如何构建一套能够与人类认知相仿、且能力相当的 AI 系统。比如近日,
     随着各界对人工智能兴趣的提升,研究人员开始将注意力转移到如何构建一套能够与人类认知相仿、且能力相当的 AI 系统。比如近日,就有研究人员在《应用物理学快报》上发表了一篇题为《光电智能》的文章,其中提出了一种结合了光学和超导电子学的大规模人工智能方案。

研究配图 - 2:跨尺度结构示意

尽管许多研究团队都选择了基于常温半导体的光电集成方案,但在低温条件下,超导体的光电集成要更加容易实现。

研究配图 - 3:光电神经元框图

在 AIP 出版的《应用物理快报》中,美国国家标准技术研究院(NIST)提出了一种大规模人工智能系统的构建方案,特点是着重于将光子组件与超导电子(而不是半导体)结合到一起。

研究配图 - 4:超导 / 光电子探测器电路图

研究作者 Jeffery Shainline 认为,通过在低温条件下运行并使用超导电子电路、单光子探测器和硅光源,将有助于开辟出一条通往具有丰富计算功能和可扩展性的制造道路。

研究配图 - 5:超导光电子网络的实验进展

借助这条复杂的光电子电路通信,可计算并构建出规模化的功能性 AI 认知系统,且这远远超出了单独使用光(或电子设备)所能实现的范围。

研究配图 - 1:每节点平均连接数

更让 Shainline 感到惊奇的是,与在室温下工作和使用的半导体方案相比,低温下的超导光电集成要容易实现得多。

研究配图 - 6:300mm 晶圆可容纳的节点总数 / 波导节点的连接数

SCI Tech Daily 指出,超导光子探测器能够对单个光子进行探测。要实现同样的功能,半导体光子探测器需要用到大约 1000 个光子。

最终结果是,硅光源不仅能够在低至 4 开尔文的环境下工作,在亮度仅为室温下 1/1000 的情况下,仍可有效地开展通信。

研究配图 - 7:光电神经系统的层次结构

尽管诸如手机芯片之类仍需在室温下工作,但这项新研究的技术理念,还是有助于让将来的先进计算系统具有广泛的实用性。

展望未来,研究团队还打算探索更复杂的、与其它类型的超导电子电路集成的方案,并展示构成 AI 认知系统的完整组件(包括突触和神经元)。

当然,最终影响这项技术能否顺利推出的关键,还是在于能否以合理的成本、实现大型系统的制造与运维。

 
 
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