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光纤为类脑计算开辟了道路

得益于使用特种玻璃制成的光纤进行的新研究,功能类似于人脑的计算机很快将成为现实。这项研究有潜力使更快,更智能的光学计算机能够学习和发展。

英国南安普敦大学光电研究中心(ORC)和新加坡南洋理工大学(NTU)破坏性光子技术中心(CDPT)的研究人员已经证明了如何在大脑中复制神经网络和突触。 ,使用光脉冲作为信息载体,使用由对光敏感的玻璃制成的特殊纤维,即硫属化物。

ORC的合著者Dan Hewak教授说:“自计算机时代来临以来,科学家一直在寻找模仿人类大脑行为的方法,用电子开关和记忆代替神经元和我们的神经系统。现在,光和光纤代替了电子,也显示出了实现类似于大脑的计算机的希望。中枢神经元的认知功能是我们大脑适应性和信息处理能力的基础。”

在过去的十年中,神经形态计算研究拥有模仿大脑功能和信号协议的先进软件和电子硬件,旨在提高传统计算机的效率和适应性。

但是,与我们的生物系统相比,当今的计算机效率要低一百万倍。与人脑燃烧少量卡路里相比,模拟五秒钟的大脑活动需要500秒,并且需要1.4 MW的功率。

使用常规的纤维拉伸技术,可以由硫属元素化物(基于硫的玻璃)生产超细纤维,该硫属元素化物具有多种宽带光致效应,从而可以打开和关闭光纤。可以将这种光开关或光开关灯用于各种下一代计算应用程序,这些应用程序能够以更加节能的方式处理大量数据。

合著者Behrad Gholipour博士解释说:“通过回到生物系统中寻求灵感并使用可大规模制造的光子平台(例如硫族化物纤维),我们可以开始提高传统计算架构的速度和效率,同时将适应性和学习引入下一代设备。”

通过利用硫族化物纤维的材料特性,由南大Cesare Soci教授领导的研究小组证明了一系列光学等效的大脑功能。这些措施包括保持神经静止状态,并模拟神经细胞受到刺激后电活动的变化。在提议的这种大脑功能的光学形式中,玻璃的变化特性充当神经细胞中变化的电活动,而光则提供了刺激来改变这些特性。这使得能够切换光信号,这等效于神经细胞激发。

该研究为可扩展的类似于大脑的计算系统铺平了道路,该系统使“光子神经元”具有比生物和电子同类产品更快的信号传输速度,更高的带宽和更低的功耗。

Cesare Soci教授说:“这项工作意味着'认知性'光子设备和网络可以有效地用于开发模仿大脑功能和信号协议的非布尔计算和决策范例,从而克服传统数据处理的带宽和功耗瓶颈。”

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