原標(biāo)題：比人類神經(jīng)元快10億倍！港中文、中科院「超級大腦」：1秒識圖3479萬張
文章來源：新智元
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激光人工神經(jīng)元：比人腦快10億倍的“超級大腦”

來自香港中文大學(xué)、中國科學(xué)院物理研究所等機構(gòu)的研究人員取得了突破性進(jìn)展，開發(fā)出一種基于激光的全新人工神經(jīng)元，其處理速度比生物神經(jīng)元快10億倍，達(dá)到了驚人的10 GBaud。

1. 速度驚人：超越生物神經(jīng)元10億倍

   這項研究的核心在于其超高的處理速度。該激光人工神經(jīng)元能夠在1秒內(nèi)處理1億次心跳數(shù)據(jù)，或分析3479萬張手寫數(shù)字圖像。這種速度的提升，得益于研究人員巧妙地將射頻信號注入量子點激光器的可飽和吸收區(qū)，有效避免了傳統(tǒng)光子脈沖神經(jīng)元存在的延遲問題，從而實現(xiàn)了前所未有的高速數(shù)據(jù)處理。

2. 技術(shù)突破：模仿生物梯級神經(jīng)元功能

   不同于以往主要模仿脈沖神經(jīng)元的光子神經(jīng)元，這項研究成功模仿了生物梯級神經(jīng)元的功能。梯級神經(jīng)元通過持續(xù)改變膜電位來編碼信息，實現(xiàn)精細(xì)的信號處理。而該激光人工神經(jīng)元能夠以類似的方式對輸入信號做出響應(yīng)，并展現(xiàn)出強大的記憶效應(yīng)和信息處理能力，甚至單個神經(jīng)元就能高效執(zhí)行機器學(xué)習(xí)任務(wù)。

3. 應(yīng)用前景：AI和先進(jìn)計算領(lǐng)域的

   這種速度和功能的提升，將對人工智能和先進(jìn)計算領(lǐng)域產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。它能夠加速AI在時間關(guān)鍵應(yīng)用中的決策過程，例如實時的心律失常檢測和圖像分類。此外，低能耗的特性也使其在邊緣計算設(shè)備中具有巨大的應(yīng)用潛力，有望構(gòu)建更快速、更智能、更節(jié)能的人工智能系統(tǒng)。

4. 工作機制：避開傳統(tǒng)限制，實現(xiàn)高速低耗

   傳統(tǒng)的光子脈沖神經(jīng)元通常將輸入脈沖注入激光器的增益區(qū)域，這會導(dǎo)致延遲并限制了響應(yīng)速度。而這項研究另辟蹊徑，將射頻信號注入量子點激光器的可飽和吸收區(qū)，并設(shè)計了高速射頻板，從而構(gòu)建了一個更快速、更簡單、更節(jié)能的系統(tǒng)。

5. 儲層計算：高效處理時間序列數(shù)據(jù)

   研究團(tuán)隊利用該激光人工神經(jīng)元構(gòu)建了一個儲層計算系統(tǒng)，用于處理時間相關(guān)數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)在心律失常檢測任務(wù)中，達(dá)到了98.4%的平均準(zhǔn)確率；在MNIST手寫數(shù)字識別任務(wù)中，準(zhǔn)確率也達(dá)到了92.3%。這證明了該技術(shù)在模式識別和序列預(yù)測等領(lǐng)域具有顯著優(yōu)勢。

6. 未來展望：持續(xù)提升速度和拓展應(yīng)用

   研究人員表示，未來的研究方向?qū)⒓性谶M(jìn)一步提升激光梯級神經(jīng)元的處理速度，并開發(fā)出包含級聯(lián)激光梯度神經(jīng)元的深度儲層計算架構(gòu)，以拓展其在更多領(lǐng)域的應(yīng)用。

總而言之，這項基于激光的“超級大腦”的突破性進(jìn)展，預(yù)示著人工智能和先進(jìn)計算領(lǐng)域即將迎來一次飛躍，為未來更智能、更高效的計算技術(shù)奠定了堅實的基礎(chǔ)。

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作者簡介：智能+中國主平臺，致力于推動中國從互聯(lián)網(wǎng)+邁向智能+新紀(jì)元。重點關(guān)注人工智能、機器人等前沿領(lǐng)域發(fā)展，關(guān)注人機融合、人工智能和機器人對人類社會與文明進(jìn)化的影響，領(lǐng)航中國新智能時代。