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华中科技大学集成电路学院杨蕊/缪向水教授团队在光子概率计算领域取得新成果
1 天前
近日，国际权威期刊《Nature Communications》在线发表了华中科技大学集成电路学院杨蕊教授与缪向水教授团队在光子概率计算领域的突破性成果，论文题为《Compact photonic spiking neuron with inherent stochasticity based on phase-change material for probabilistic computing》。该研究针对传统冯诺依曼架构在算力激增需求下的数据搬运功耗高、运算延迟大等瓶颈，提出基于碲化锑（SbTe₉）易失相变材料构建本征随机光子神经元，通过模拟生物神经元内在随机放电特性，实现了硬件层面的原生概率计算。研究团队从材料设计、器件制备到神经网络应用验证展开系统性攻关：通过原位透射电镜观测到SbTe₉材料在升降温过程中形成的碲基体镶嵌Sb₂Te₃纳米晶复合结构，揭示了微观结构无序导致的熔点与温度本征涨落机理；在绝缘硅平台制备的1.5μm²紧凑型器件展现出2dB/μm光调制能力与660ns快速响应速度，其脉冲序列自相关系数接近零，证明放电事件的纯随机性；基于该器件构建的概率脉冲神经网络在乳腺癌诊断贝叶斯推理任务中达到98.67%准确率，较传统确定性网络对模糊样本的识别鲁棒性显著提升，同时在图像识别任务中对器件偏差与输入噪声的抗干扰能力优于现有技术。该成果为光子神经形态计算提供了仿生基础，相关技术已通过华为等企业联合实验室推进产业化应用。论文通讯作者为杨蕊教授与缪向水教授，集成电路学院2022级博士生董云潇、2025级博士生王天赐为共同第一作者。
