面向量子神经元的量子化单离子通道 Hodgkin-Huxley 模型
量子物理
2019-09-05 v4 介观与纳米尺度物理
新兴技术
神经与进化计算
摘要
Hodgkin-Huxley 模型描述了神经元细胞膜的行为，将其每一部分视为电路元件，即电容器、忆阻器和电压源。我们聚焦于钾离子的激活通道，因其简单性，同时保留原始模型所展现的大部分特征。这一简化版本本质上是一个经典忆阻器（一种电阻取决于穿过它的电信号历史的电阻器），与电压源和电容器耦合。在此，我们将考虑基于量子忆阻器形式化的量子化 Hodgkin-Huxley 模型。我们比较了在交流和经典与量子两种情形下，当电路受到交流源作用时膜电压与钾通道电导的行为。数值模拟显示了在所有 regime 下所考虑通道电导随信号历史的预期自适应。值得注意的是，电压高阶矩的计算表现出与电路零点能相关的纯量子特征。最后，我们研究了将 Hodgkin-Huxley 量子忆阻器作为超导电路中的非对称 rf SQUID 的实现。本研究可能允许构建受脑功能启发的量子神经元网络，以及设计用于量子机器学习的神经形态量子架构。
引用
@article{arxiv.1807.10698,
title = {Quantized Single-Ion-Channel Hodgkin-Huxley Model for Quantum Neurons},
author = {Tasio Gonzalez-Raya and Xiao-Hang Cheng and Iñigo L. Egusquiza and Xi Chen and Mikel Sanz and Enrique Solano},
journal= {arXiv preprint arXiv:1807.10698},
year = {2019}
}