超导光电子单光子突触的演示

超导光电子硬件正被探索作为实现具有前所未有复杂规模与计算能力的人工脉冲神经网络的一条路径。此类硬件将用于少光子、光速通信的集成光子元件与用于快速、高能效计算的超导电路相结合。超导与光子器件的单片集成对该技术的规模化是必要的。在本工作中，超导纳米线单光子探测器首次与约瑟夫森结单片集成，从而实现了超导光电子突触。我们提出了对单光子突触前信号进行模拟加权与随时间泄漏积分的电路。突触加权在电子域中实现，以维持二值、单光子的通信。近期突触活动的记录作为电流本地存储于超导环路中。树突与神经元非线性由第二级约瑟夫森电路实现。该硬件展现出极大的设计灵活性，所演示的突触时间常数跨越四个数量级（数百纳秒至毫秒）。该突触对超过 10 MHz 的突触前脉冲速率有响应，且在未计入制冷开销时每次突触事件消耗约 33 aJ 的动态功率。除神经形态硬件外，这些电路为实现面向多样成像、传感与量子通信应用的大规模单光子探测器阵列引入了新途径。