教育在線
聚焦大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的“基本零件”，首次揭示其處理時(shí)空信息的核心機(jī)制；構(gòu)建“量子孿生干涉儀”，成為量子計(jì)量學(xué)向前邁進(jìn)又一里程碑……一起來看天津大學(xué)、上海交通大學(xué)的科研新進(jìn)展——
天津大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)
在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)信息處理機(jī)制研究中取得突破
天津大學(xué)人工智能學(xué)院于強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合國際科研人員，在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)信息處理機(jī)制研究中取得重要突破。該研究聚焦于大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的“基本零件”——突觸，首次揭示了其處理時(shí)空信息的核心機(jī)制。相關(guān)成果于11月22日發(fā)表于國際著名學(xué)術(shù)期刊《美國科學(xué)院院刊》(PNAS)。
人類大腦中，數(shù)以億計(jì)的神經(jīng)元以脈沖的形式，通過“突觸”這一連接點(diǎn)傳遞和處理信息。對其工作機(jī)制的模擬與計(jì)算，是人工智能領(lǐng)域發(fā)展的重要啟發(fā)源泉。具體而言，突觸具有兩種關(guān)鍵的調(diào)節(jié)能力：一種是“長時(shí)可塑性”，即其連接強(qiáng)度可以長期增強(qiáng)或減弱，這被認(rèn)為是形成長期記憶的基礎(chǔ)；另一種是“短時(shí)可塑性”，指的是在極短時(shí)間內(nèi)動態(tài)調(diào)節(jié)信號強(qiáng)度的能力。盡管兩者均至關(guān)重要，但它們?nèi)绾螀f(xié)同工作，共同影響大腦的學(xué)習(xí)與信息處理效率，一直是未解之謎。
針對這一難題，研究團(tuán)隊(duì)通過構(gòu)建突觸計(jì)算與學(xué)習(xí)理論模型，發(fā)現(xiàn)當(dāng)“長時(shí)可塑性”作用于“短時(shí)可塑性”時(shí)，大腦能夠?qū)r(shí)間序列上的信息轉(zhuǎn)化為空間上的表達(dá)模式。這一機(jī)制顯著增強(qiáng)了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的記憶容量、抗干擾能力以及對復(fù)雜時(shí)空信息的識別能力。該模型還在小鼠與人類大腦皮層突觸電生理觀測中得到了驗(yàn)證，顯示出高度的生物合理性。
圖為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)存儲容量和噪聲魯棒性分析結(jié)果。(受訪者供圖)
“這項(xiàng)研究就像是我們找到了大腦在處理信息時(shí)的‘協(xié)作密碼’?！庇趶?qiáng)比喻道，“它不僅解釋了大腦處理信息的底層邏輯，也為開發(fā)可解釋、可通用的下一代人工智能方法提供了重要支撐。”
上海交通大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)
在量子干涉技術(shù)與量子精密測量領(lǐng)域再次取得重大突破
上海交通大學(xué)物理與天文學(xué)院講席教授、李政道研究所兼職研究員張衛(wèi)平與助理研究員包谷之等組成的團(tuán)隊(duì)，在量子干涉技術(shù)與量子精密測量領(lǐng)域再次取得重大突破，提出并實(shí)現(xiàn)了一種全新的干涉架構(gòu)——“量子孿生干涉儀”。該團(tuán)隊(duì)將其一直保持的量子關(guān)聯(lián)干涉儀相位測量信噪比的國際紀(jì)錄再次提升三個(gè)數(shù)量級。相關(guān)成果近日發(fā)表于國際期刊《科學(xué)進(jìn)展》。
圖1 量子孿生干涉儀實(shí)驗(yàn)架構(gòu)
據(jù)悉，目前主流的量子干涉相位測量均采用平衡零拍探測原理。然而，平衡零拍探測中，干涉兩臂光強(qiáng)事實(shí)上處于極端不平衡狀態(tài)，這成為相位測量靈敏度的探測瓶頸。
圖2 平衡零拍和量子孿生干涉儀相位測量結(jié)果比對
為突破此局限，團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了互為糾纏的“量子孿生干涉儀”，取代現(xiàn)有的平衡零拍探測?；诓⑿信渲玫碾p對孿生糾纏光束，團(tuán)隊(duì)建立了量子關(guān)聯(lián)干涉與糾纏探測協(xié)同的相位測量新范式。這一成果成為量子計(jì)量學(xué)向前邁進(jìn)的又一里程碑。
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