具有生物信号处理能力的纳米光子神经元
介观与纳米尺度物理
2025-09-15 v3 无序系统与神经网络
摘要
旨在模拟生物神经网络的计算硬件有望解决人工智能全球能源需求的急剧增长。已有多种硬件概念被提出，其中光子方法在能效、速度和突触连接性方面展现出巨大优势。然而，现有的解决方案电路占用面积大，限制了其扩展潜力，且缺乏抑制等关键的生物学功能。我们展示了一种人工纳米光电子神经元，其电路占用面积比现有技术至少缩小 100 倍，运行功耗在皮瓦量级。该神经元能够确定性地接收兴奋性和抑制性信号，这些信号可被求和并通过非线性函数进行处理。它表现出多种生物学相关的响应和记忆时间尺度，以及对输入通道的加权能力。该神经元与商用硅技术兼容，可在多个波长下工作，并可用于计算和光学传感。本工作为两条重要的研究路径铺平了道路：一是具有纳米级占用面积和低功耗的光子神经形态计算，二是自适应光学传感，后者使用与前者相同的架构作为紧凑的模块化前端。
引用
@article{arxiv.2509.06696,
title = {Nanoscale photonic neuron with biological signal processing},
author = {Joachim E. Sestoft and Thomas K. Jensen and Vidar Flodgren and Abhijit Das and Rasmus D. Schlosser and David Alcer and Mariia Lamers and Thomas Kanne and Magnus T. Borgström and Jesper Nygård and Anders Mikkelsen},
journal= {arXiv preprint arXiv:2509.06696},
year = {2025}
}