“混沌边缘”神经科学理论将使超高速计算芯片像超导体一样运行

通过研究神经元如何传递信号的神秘理论,科学家们已经证明,他们有朝一日可以制造出电阻接近于零的计算机芯片。

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通过在有序和混乱之间走钢丝,研究人员有一天可以让计算机芯片更像人类大脑一样工作。

研究人员在电子设备的“混沌边缘”创造了条件,这是一个有序和无序之间的过渡点,允许快速的信息传输。

它使科学家们能够在不使用单独放大器的情况下放大电线上传输的信号,从而克服了由于电阻造成的任何信号损失。该团队在9月11日的《自然》杂志上报道说,这种模仿超导体行为的传输线可以使未来的计算机芯片更简单、更高效。

在混乱边缘运行的计算机芯片听起来随时都可能崩溃。但许多研究人员认为,人类大脑的运作原理与此类似。

以神经元或神经细胞为例。每个神经元都有一个轴突,这是一种像电缆一样的附属物,可以向附近的神经元传递电信号。这些电信号帮助你的大脑感知周围环境并控制你的身体。

轴突的长度从0.04英寸(1毫米)到超过3英尺(1米)不等。通过相同长度的导线传输电信号会由于导线的电阻而导致信号丢失。计算机芯片设计者通过在较短的导线之间插入放大器来增强信号以解决这个问题。

但是轴突不需要单独的放大器 —— 它们可以自我放大,并且可以在没有太多信号损失的情况下传输电信号。一些研究人员认为它们存在于混沌的边缘,这使得它们能够放大电信号的微小波动,而不会让这些信号失去控制。

在这项新研究中,科学家们在非生物系统中模仿了这种自我放大的行为。他们首先在一种叫做钴酸镧(LaCoO3)的材料上建立了混沌边缘条件。当他们对LaCoO3施加合适的电流时,产生的电压的微小波动被放大。然后,研究小组测试了一根与LaCoO3薄片接触的电线的条件。

他们在LaCoO3顶部放置了两根0.04英寸(1毫米)的电线,并使用它们将相同的电流施加到LaCoO3上。这种电流形成了混乱的边缘条件。然后,他们在其中一根电线的一端施加一个振荡电压信号,并测量电线另一端的电压信号。研究人员发现这些电压波动有轻微的放大。

放大这样的信号需要额外的能量。科学家们发现,这种能量来自于用来维持混沌边缘的相同来源 —— 施加的电流。在大多数电子元件中,来自施加电流的一些能量以热的形式消散。但在混沌的边缘,一部分能量反而放大了信号。

在混沌边缘的操作类似于超导,因为电阻的影响可以忽略不计。作者说,如果这项技术将来被用于制造芯片,这种新方法可以在常温常压下实现类似超导体的行为。


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