北京時(shí)間5月30日

清華大學(xué)2項(xiàng)最新科研成果

同時(shí)發(fā)表于《自然》（Nature）

清華大學(xué)依托精密儀器系的

類腦計(jì)算研究中心施路平教授團(tuán)隊(duì)

提出一種基于視覺原語(yǔ)的

互補(bǔ)雙通路類腦視覺感知新范式

研制出世界首款

類腦互補(bǔ)視覺芯片“天眸芯”

基于該研究成果的論文

《面向開放世界感知

具有互補(bǔ)通路的視覺芯片》

(A Vision Chip with Complementary Pathways for Open-world Sensing)

被作為本期《自然》(Nature)雜志

封面文章

這是該團(tuán)隊(duì)

繼異構(gòu)融合類腦計(jì)算“天機(jī)芯”后

第二次登上 Nature 雜志封面

標(biāo)志著中國(guó)在類腦計(jì)算和類腦感知方向

取得重要突破

2024年5月30日 Nature 雜志封面

Nature 網(wǎng)站論文截圖

中國(guó)科學(xué)院院士

清華大學(xué)交叉信息研究院教授段路明

帶領(lǐng)研究組首次實(shí)現(xiàn)

基于數(shù)百離子量子比特的量子模擬計(jì)算

該成果研究論文

《具有單比特分辨率的

數(shù)百囚禁離子二維量子模擬器》

(A site-resolved two-dimensional quantum simulator with hundreds of trapped ions)

在 Nature 官網(wǎng)在線發(fā)表

被 Nature 審稿人稱為

“量子模擬領(lǐng)域的巨大進(jìn)步”

“值得關(guān)注的里程碑”

Nature 網(wǎng)站論文截圖

高速、高精度、高動(dòng)態(tài)視覺感知

賦能“天眸芯”！

視覺感知

作為智能無(wú)人系統(tǒng)

獲取信息的核心途徑

發(fā)揮著至關(guān)重要的作用

但在復(fù)雜多變且不可預(yù)測(cè)的環(huán)境中

實(shí)現(xiàn)高效、精確且魯棒的視覺感知

依然是一個(gè)艱巨的挑戰(zhàn)

傳統(tǒng)視覺感知芯片

由于受到“功耗墻”“帶寬墻”的限制

在應(yīng)對(duì)極端場(chǎng)景時(shí)

往往面臨失真、失效或高延遲的問(wèn)題

嚴(yán)重影響了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性

“天眸芯”研究團(tuán)隊(duì)合影

為了克服這些挑戰(zhàn)

精儀系類腦計(jì)算研究團(tuán)隊(duì)

聚焦類腦視覺感知芯片技術(shù)

提出了一種基于視覺原語(yǔ)的

互補(bǔ)雙通路類腦視覺感知新范式

借鑒人類視覺系統(tǒng)的基本原理

模仿人類視覺系統(tǒng)的特征

形成兩條

優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、信息完備的視覺感知通路

類腦互補(bǔ)視覺感知芯片“天眸芯”

基于這一新范式

團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步研制出了

世界首款類腦互補(bǔ)視覺芯片“天眸芯”

在極低的帶寬（降低90%）和功耗代價(jià)下

實(shí)現(xiàn)了每秒10000幀的高速、10bit的高精度

130dB的高動(dòng)態(tài)范圍的視覺信息采集

類腦計(jì)算研究中心施路平教授（右一）和趙蓉教授（左二）指導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)

基于該芯片

團(tuán)隊(duì)還自主研發(fā)了高性能軟件和算法

并在開放環(huán)境車載平臺(tái)上進(jìn)行了性能驗(yàn)證

在多種極端場(chǎng)景下

該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了

低延遲、高性能的實(shí)時(shí)感知推理

在智能無(wú)人系統(tǒng)領(lǐng)域展現(xiàn)了巨大應(yīng)用潛力

自動(dòng)駕駛感知演示平臺(tái)

世界首次！

實(shí)現(xiàn)最大規(guī)模具有單比特分辨率的

多離子量子模擬計(jì)算

離子阱系統(tǒng)

被認(rèn)為是最有希望實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量子模擬

和量子計(jì)算的物理系統(tǒng)之一

多個(gè)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了

離子量子比特的高精密相干操控

該系統(tǒng)的規(guī)模化被認(rèn)為是主要挑戰(zhàn)

交叉信息研究院段路明研究組合影

交叉信息研究院段路明研究組

利用低溫一體化離子阱技術(shù)

和二維離子陣列方案

大規(guī)模擴(kuò)展離子量子比特?cái)?shù)

提高離子陣列穩(wěn)定性

首次實(shí)現(xiàn)

512離子二維陣列的穩(wěn)定囚禁和邊帶冷卻

并首次對(duì)300離子

實(shí)現(xiàn)可單比特分辨的量子態(tài)測(cè)量

實(shí)驗(yàn)獲得512離子二維陣列圖像

與典型300離子單點(diǎn)分辨測(cè)量結(jié)果

研究人員進(jìn)而利用

300個(gè)離子量子比特實(shí)現(xiàn)可調(diào)耦合的

長(zhǎng)程橫場(chǎng)伊辛模型的量子模擬計(jì)算

長(zhǎng)程橫場(chǎng)伊辛模型

是一類重要的量子多體模型

有助于理解

量子信息、凝聚態(tài)物理等領(lǐng)域的基本問(wèn)題

也可用于求解優(yōu)化問(wèn)題等現(xiàn)實(shí)應(yīng)用

典型300離子長(zhǎng)程橫場(chǎng)伊辛模型量子模擬計(jì)算結(jié)果

該工作實(shí)現(xiàn)了

國(guó)際上最大規(guī)模

具有單比特分辨率的多離子量子模擬計(jì)算

將該研究組保持的

離子量子比特?cái)?shù)國(guó)際記錄（61離子）

往前推進(jìn)了一大步

首次實(shí)現(xiàn)

基于二維離子陣列的大規(guī)模量子模擬

段路明院士（右一）指導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)

研究人員還對(duì)該模型的動(dòng)力學(xué)演化

進(jìn)行量子模擬計(jì)算

300個(gè)離子量子比特同時(shí)工作時(shí)

所能執(zhí)行的計(jì)算復(fù)雜度達(dá)到2的300次方

超越經(jīng)典計(jì)算機(jī)的直接模擬能力

該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)為進(jìn)一步研究

多體非平衡態(tài)量子動(dòng)力學(xué)

這一重要難題提供了強(qiáng)大的工具

科研之路，永無(wú)止境

清華人行健不息

在追求卓越中開拓創(chuàng)新

續(xù)寫科研新篇

綜合｜精儀系 交叉信息院 Nature

攝影｜張兆基 賈桂昊

來(lái)源： 清華大學(xué)