麻省理工学院用超导体制造功耗极低的神经元，能效接近人脑计算机越来越聪明，但智能算法需要大量资源。计算机以GHz的频率运行并消耗千瓦的功率。而运行速度比计算机慢数百万倍的人脑，仅用20W左右的功率就可以轻松完成这一切。 以战胜李世石的AlphaGo为例，它使用了48个TPU，每个TPU功率为40W，能效比远低于人类。 因此科学家们一直在努力，希望能够创造出接近人脑效率的设备。 最近，麻省理工学院的研究人员设计了一种由纳米线制成的超导神经元，该神经元在许多方面的行为已经与真实神经元相似，至少在能效方面如此。 与人脑相比 功率等于电压乘以电流。研究人员通过对每个电路元件的电流和电压随时间的乘积进行积分，计算出人工超导神经元的能量消耗。 研究人员通过分析发现，超导纳米线神经元每产生一个动作电位消耗的能量约为0.05fJ（1fJ=10-15J，即千分之一焦耳），而突触的能量消耗则小一个数量级，约0.005fJ。 由于超导电路使用的能量非常少，因此这种超导神经网络的效率可与生物神经网络相媲美。能效比（每秒每瓦突触操作数，SOPS/W）已经与人类神经元处于同一数量级，比一般计算设备高出4个数量级。 下表是人脑、两种CMOS和超导纳米线神经元的对比。 工作原理 人体神经元通过动作电位传递信号。所谓动作电位是指对细胞膜的刺激，使细胞膜内外电位差发生逆转，进而向外扩散。 而人类的神经元还有一个特点：除非输入信号超过一定的阈值，否则它们不会产生激励，很像数字电路。具有独特非线性特性的超导纳米线也可以像神经元一样发挥作用。这种特性是由超导体的临界电流引起的。 当电流超过某个阈值时，纳米线的超导性消失，从完全没有电阻变为电阻，然后电路两端产生电压。电阻的突然增加会产生电压脉冲，类似于神经元中的动作电位。 超导神经元电路由两组纳米线组成，分为主振荡器和控制振荡器。为触发动作电位，施加一个小输入电流脉冲，加上超过主振荡器LC的偏置电流，导致发生转换。 此时电流脉冲与偏置方向相反，所以控制振荡器不会触发。一旦主振荡器状态发生变化，电流就会以逆时针方向施加到超导回路，该电流被添加到偏置电流中以触发控制振荡器。 主振荡器以回路电流的形式向超导回路中加入磁通量，类似于人体神经元中钠离子流入细胞引起电流的作用，控制振荡器的作用类似于钾离子的输出电流。 除了动作电位阈值外，超导纳米线电路还具有类似于人体神经系统反应迟钝期的特性。 研究人员希望在未来利用这种超导纳米线神经元来实现低功耗神经网络。
