我學者提出新型類腦計算方案

記者7日從南京大學獲悉，該校物理學院教授繆峰、副教授梁世軍團隊聯合南京理工大學教授程斌，通過構築特殊堆垛構型的魔角石墨烯器件，觀測到電子型鐵電性與拓撲邊界態的共存，並基於可選擇的準連續鐵電開關，首次提出了噪聲免疫的類腦計算方案。該工作為開發基於拓撲邊界態的新型低功耗電子器件開闢了全新技術路線。相關成果近日發表于國際學術期刊《自然·納米技術》。

半導體芯片的運行依賴於電子傳輸。傳統材料中，電子傳輸的運動軌跡像十字路口行駛的車輛一樣不規則，消耗較多能量。而拓撲量子材料中存在電子傳輸的“高速公路”——拓撲邊界態。通過按需改變材料陳數，實現對拓撲邊界態數目的調控，有望開發出以拓撲邊界態為全新信息載體的計算技術。

莫爾超晶格材料是一類通過構築特殊的二維材料異質結界面結構所形成的材料體系。研究團隊先構建了一個全新的莫爾異質結結構。他們發現，撤去施加的外電場後，該莫爾體系中的電極化不會消失，表明了鐵電性的存在。而在垂直磁場下，材料中涌現了陳絕緣體，這使得研究人員能夠利用鐵電極化來調控不同的陳數，從而實現不同拓撲邊界態的非易失切換。隨後，他們在魔角雙層石墨烯器件中實現了準連續鐵電態的開關功能。最後，團隊利用鐵電陳絕緣體的拓撲邊界態作為信息載體，提出了噪聲免疫的類腦計算方案。

“此次研究主要是概念驗證。未來，我們還需克服大面積材料的轉移、器件的規模化集成方案、外圍適配電路的開發等諸多挑戰，實現拓撲量子類腦計算芯片原型的開發，探索其在實際場景中的應用。”繆峰説。