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【總編輯圈點】

科技日報北京11月14日電 （記者張夢然）一種利用材料的內(nèi)在物理特性來大幅減少能源使用的類腦計算形式，距離現(xiàn)實又近了一步。在《自然·材料》雜志上發(fā)表的這項新研究中，英國倫敦大學學院和倫敦帝國理工學院小組使用手性（扭曲）磁體作為計算介質(zhì)，發(fā)現(xiàn)通過施加外部磁場和改變溫度，可調(diào)整這些材料的物理特性以適應不同的機器學習任務。

傳統(tǒng)計算消耗大量電力，部分原因是它有獨立的數(shù)據(jù)存儲和處理單元，信息必須在兩者之間不斷地轉(zhuǎn)換，浪費能源并產(chǎn)生熱量。這對于機器學習來說是一個嚴重問題，導致訓練一個大型人工智能模型可產(chǎn)生數(shù)百噸二氧化碳。

而物理儲層計算旨在消除對不同內(nèi)存和處理單元的需求，促進更有效的數(shù)據(jù)處理方式。但這種計算方法迄今應用受限，是因為材料的物理特性可能使其在某些計算任務中表現(xiàn)出色，但在另一些任務中卻表現(xiàn)不佳。而今這項研究使人們更接近于實現(xiàn)物理儲存庫的全部潛力，創(chuàng)造出像人類大腦一樣的計算機，不僅顯著減少需要的能量，而且還可調(diào)整其計算特性，以在各種任務中最佳地執(zhí)行。

團隊使用矢量網(wǎng)絡分析儀來確定手性磁體在不同磁場強度和-269℃到室溫范圍內(nèi)的溫度下的能量吸收。他們發(fā)現(xiàn)手性磁體的不同磁相，在不同類型的計算任務中表現(xiàn)出色。在斯格明子階段，磁化粒子以類似漩渦的方式旋轉(zhuǎn)，具有強大的記憶能力，適合預測任務。與此同時，在圓錐形階段幾乎沒有記憶，但它的非線性非常適合轉(zhuǎn)換任務和分類。

團隊設計了一種神經(jīng)擬態(tài)計算架構(gòu)，利用復雜的材料特性來滿足各種具有挑戰(zhàn)性任務的需求。目前取得了很好的結(jié)果，展示了可直接定制神經(jīng)形態(tài)計算的可能。

物理儲層計算，可以低功耗對時間序列信號進行高速處理，簡單理解，就是一種更省資源的計算方式。計算機的一大硬傷，就是耗能。人類大腦處理如此多紛繁復雜的信息，但一天消耗的能量折算成瓦特，還不到一臺普通電腦的十分之一。如何在降低能耗的同時保持優(yōu)秀的計算能力？本文用手性磁體和環(huán)境調(diào)節(jié)來完成這一任務。在不同溫度下，磁體表現(xiàn)出不同磁相，仿佛是不同的分身，能夠優(yōu)秀地執(zhí)行不同計算任務，實現(xiàn)節(jié)能和算力兼得。