【科学之光】未来计算的物理基础——量子材料与类脑智能

发布者:本科生院教育教学发展与评估中心发布时间:2024-04-17浏览次数:10

在《科学之光——信息技术的物理基础》课程的第一次课堂上,梁世军老师以“未来计算的物理基础”为主题为同学们诠释了“信息”与“物理”的密切关系。

梁老师以一张视觉联想图“你看到了什么”引入,切实展现了“看到的”和“脑海里浮现的”不一定是一样的现象。所谓信息,是原始数据(raw data)经过一系列处理后的数据集合。香农曾对信息的解释为:“信息是对某件事可供选择的量度”。当我们掌握了一件事情的全部信息,我们便没有“选择综合症”。除此之外,对于信息,梁老师还在课堂上赋予其单位意义上的具象化解释,“一年世界上所有的信息量可以折合成1kgDNA的存储量”。

梁老师对信息的操作方式进行了解释,其中包括获取、储存、计算、显示、控制等。他对信息计算进行了全面解读,并表示未来对信息的操作方式的唯一核心就是“计算”。之后,梁老师进一步对“类脑计算”、“光计算”、“量子计算”的优劣进行了全面分析。例如,“类脑计算”就是利用电子学、自旋电子学等学科领域中的物理现象实现类脑/存内计算,可能的材料体系包括过渡金属氧化物、相变材料、铁电材料、磁性隧穿结、有机聚合物、约瑟夫森结、二维材料及异质结等。其以低功耗、高度并行且与芯片技术兼容的优势成为未来计算的绝对核心。

课堂上,梁老师还聚焦二维材料,为同学们介绍了二维材料特有的力、热、光、电、磁等物理特性,这是实现“类脑计算”的基础。举个例子,相机可以通过数字芯片实现防抖、夜晚拍摄等功能,感算同步可以更快地捕捉图片。这些功能的实现可以借鉴视网膜,如双极性细胞,据此发展的范德华异质结材料,可以进行图像处理,如边缘增强、对比度矫正、风格化等。再如,如果实现了超级智能眼,并结合全息照相,那我们就可以和古代的伟人对话了!

最后,梁老师展望了未来智能器件的发展,如量子计算、类脑计算机、hopfield神经网络、智能物质等等。他认为采用物理作为计算元的时代正在重来,并呼吁同学们应该注重自我能力的提升:“我们正处于计算范式进化的革命中,未来世界会变成什么样子,我们还在持续想象。想要未来变成你脑海中的样子,请好好珍惜你的时间,对能力的提升不设置任何限制!”物理学院 范真杰