“混沌边缘”神经科学理论可能会带来像超导体一样的超高速计算芯片

通过利用神经元如何传输信号的神秘理论，科学家们证明他们有一天可以制造出电阻接近于零的计算机芯片。

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通过在秩序与混乱之间走钢丝，研究人员有一天可以让计算机芯片更像人脑一样工作。

研究人员在“混乱边缘”创造了条件，这是有序与无序之间的过渡点，可以在电子设备中实现快速信息传输。

它使科学家们能够放大通过电线传输的信号，而无需使用单独的放大器，从而克服了由于电阻而造成的任何信号损失。该团队于 9 月 11 日在《自然》杂志上报道称，这种模仿超导体行为的传输线可以使未来的计算机芯片更简单、更高效。

运行在混乱边缘的计算机芯片听起来像是随时可能崩溃。但许多研究人员推测人脑的运作原理与此类似。

考虑一个神经元或神经细胞。每个神经元都有一个轴突，一种类似电缆的附属物，可将电信号传输到附近的神经元。这些电信号帮助您的大脑感知周围环境并控制您的身体。

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轴突的长度范围从 0.04 英寸（1 毫米）到 3 英尺（1 米）以上。通过相同长度的电线传输电信号会因电线的电阻而导致信号丢失。计算机芯片设计人员通过在较短的电线之间插入放大器来增强信号来解决这个问题。

但轴突不需要单独的放大器——它们可以自我放大，并且可以在没有太多信号损失的情况下传输电信号。一些研究人员认为它们存在于混沌的边缘，这使得它们能够放大电信号的微小波动，而不会让这些信号失控。

在这项新研究中，科学家在非生物系统中模仿了这种自我放大行为。他们首先在一种名为钴酸镧 (LaCoO3) 的材料上建立了混沌边缘条件。当他们向 LaCoO3 施加正确的电流时，所得电压的微小波动被放大。然后，该团队测试了与 LaCoO3 片接触的电线的条件。

他们在 LaCoO3 顶部放置了两根 0.04 英寸（1 毫米）电线，并用它们向 LaCoO3 施加相同的电流。那股电流创造了混沌边缘的条件。然后，他们将振荡电压信号施加到其中一根电线的一端，并测量电线另一端的电压信号。研究人员发现这些电压波动略有放大。

放大这样的信号需要额外的能量。科学家们发现，这种能量来自于维持混沌边缘的同一来源——施加的电流。在大多数电子元件中，所施加电流的部分能量会以热量的形式耗散。但在混沌边缘，一部分能量反而放大了信号。

在混沌边缘运行类似于超导，因为电阻的影响可以忽略不计。作者表示，如果这项技术未来被用来制造芯片，那么这种新方法可以在常温常压下实现类似超导体的行为。

“这样的解决方案可能避免数千个中继器和缓冲区，可以极大地缓解