聚焦噪聲免疫，拓撲世界有了“新交規”

，并基于可選擇的準連續鐵電開關，首次提出了噪聲免疫的類腦計算方案。日前，相關研究成果發表于《自然—納米技術》。

電子在傳統半導體材料中與拓撲量子材料中的傳輸方式，就如同行駛在雜亂的街道（左）和高速公路上（右）的車輛。課題組供圖

半導體芯片中最基本運算單元的工作機制依賴于電子的傳輸。傳統材料中的電子傳輸會受到散射作用，就像在繁忙十字路口行駛的車輛，其運動軌跡往往是不規則的折線。相比之下，在高速公路上行駛的車輛的運動軌跡是一條直線，這種運動方式排除了外界的干擾，會消耗更少的能量。在拓撲量子材料中，存在電子傳輸的“高速公路”——拓撲邊界態。“做一個大膽的猜測，如果這種電子傳輸的‘高速公路’能夠按需改變‘車流量’，也就是調控電子傳輸的‘流量’，就有望實現其在低功耗電子器件中的應用。”繆峰說。

團隊為了推動將這一大膽的設想變為現實，通過設計拓撲世界“新交規”，開發了基于拓撲邊界態的新型低功耗電子器件。

莫爾超晶格材料是一類通過構筑特殊的二維材料異質結界面結構所形成的材料體系，在其界面處具有晶格常數遠大于初始二維材料的“超級”晶格。團隊構建了一個全新的莫爾異質結結構，通過一步步實驗，實現了陳數的非易失開關，這意味著鐵電陳絕緣體器件具有利用拓撲邊界態，實現信息存儲和運算功能的潛力。之后，研究團隊在魔角雙層石墨烯器件中實現了準連續鐵電態的開關功能。

最后，研究團隊利用鐵電陳絕緣體的拓撲邊界態作為信息載體，提出了噪聲免疫的類腦計算方案。其研究結果表明，相比于傳統的ReRAM器件，基于鐵電陳絕緣體器件的卷積神經網絡具有對噪聲免疫的特性，這表明拓撲保護的量子邊界態在類腦計算中具有巨大應用潛力。