重新想像記憶 超導迴路可以模仿大腦
編譯／高晟鈞
科學家正致力探索神經形態運算的模擬方法，以滿足數位系統的高功率需求。加州大學的研究團隊成功使用無序超導迴路，來進行數位訊息的傳輸與儲存，有可能實現類似於人腦運作，同樣節能、有效率並連結兩個不相關信息的記憶儲存。
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超導迴路
電腦通過0與1，也就是我們俗稱的「位元」來儲存信息。當從流程、記憶、到傳輸等所有資訊都是數位化時，意味著如果希望將計算領域開拓到神經型態、甚至是「類腦」計算時，這些計算功率需求是不夠的。
因此，同時推進軟體與硬體的技術是必須的。對此，來自加州大學聖地牙哥分校的研究團隊，展示了超導環路對於記憶聯想的能力，如同人類大腦可以同時記住兩個不相關的事物一般。
神奇的人腦記憶
你是否有過這種經驗：在聚會中遇到一個許久未見的人，記得他的模樣、依稀記得他的名字卻始終想不起來，此時大腦開始瘋狂運轉，在腦中進行資訊搜索：我是在哪裡遇見他的？我們怎麼認識的？幸運的話，大腦會找回久遠的記憶，當然更多時候是難以想起的。
這是因為短期記憶會隨著重複使用而轉變為長期記憶，就這種狀況而言，當見到一個人越頻繁，他的名字就將被更深刻地寫入記憶中，這就是為什麼我們可能記得年少時常聽的歌，卻想不起昨天午餐吃什麼。
無序超導迴路如何運作
在該研究中，團隊使用釔鋇銅氧化合物（YBCO）作為超導材料。YBCO被稱為高溫超導體，至少在物理世界中是如此，其在90開爾文（-182OC）左右表現出超導現象。
約10微米厚的YCBO薄膜透過磁場與電流的組合，在環路上產生單一磁通量量子。當電流被移除後，通量子會被留在環路中，並被視為一條信息或記憶。然而，聯想記憶和處理至少需要兩則資訊。對此，作者Robert Dynes使用了無序超導環，這意味著環的大小不同，也遵循著不同模式，其本質上為隨機的。每個環路中都具有一個被稱為「約瑟夫接合點」的薄弱環節，可以充當量子通過的大門，作為建立資訊傳輸與關聯的方式。
傳統的運算架構不僅對處理、也對記憶體儲存有持續的高能耗需求，但這些超導迴路顯示出顯著的節能效果，減少了一百萬倍的規模，這是因為循環僅在執行邏輯任務時需要電源。記憶儲存在物理超導材料中，只要環路保持超導，就可以永久保留在那裡。
這系統對於其他基於物理的神經網路十分不同，可以用來解釋大腦記憶在基層物理過程方面的工作原理，具有相當令人興奮的發展潛力。
資料來源:ScitechDaily
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