生物超導給LK-99超導的啟示，室溫超導一定存在

生物超導給LK-99超導的啟示，室溫超導一定存在

生物超導 

1971年，克柏報道：具有高濃度固醇的神經纖維的某些部分，在生理溫度下有超導性。

後來，有人進一步用實驗證實了：膽酸、脫氧膽酸、石膽酸、膽烷酸鈉鹽的抗磁性分別在30K、60K、277K時起突然變化，而且在這種抗磁性的突變時，原子晶格結構沒有變化，本質上這應是電子引起的。盡管這種抗磁性變化與超導性關係還有待研究，但有人認為在這些化合物中存在著高溫超導區，即這些材料整體基本是絕緣體，但在材料本體內，分散著許多小的超導區域。還有人認為就脫氧核糖核酸（DNA）的分子結構而言，可能產生超導體。
還有人提出，在人的大腦中，可能存在著超導體，才使人思維如此的敏捷。
有關生物超導體的研究目前還處在初級階段，但它肯定是一個探索的方向。

大腦中可能的超導性
超導與新型磁性學報 volume32, pages1121–1134 （2019）

簡介：
大腦前所未有的力量表明，它可以以量子力學的方式處理信息。由於量子處理已經在超導量子計算機中實現，這可能意味著超導性也是大腦量子計算的基礎。超導性也可能是長期記憶的原因。根據這些想法，本文回顧了尋找高臨界溫度超導體的進展，並試圖回答有關大腦超導性的問題。它側重於最近對腦切片的電測量，其中石墨烯被用作室溫量子介質，並認為這些測量可以解釋為哺乳動物大腦神經網絡中超導性的證據。大腦中超導網絡的估計臨界溫度相當高，2022 ± 157 K。在利特爾模型中預測了與某些分子複合物相連的一維有機鏈的類似臨界溫度。一個合理的建議是超導性在大腦神經元內的微管中發展。

Possible Superconductivity in the Brain
P. Mikheenko 
Journal of Superconductivity and Novel Magnetism volume 32, pages1121–1134 (2019)Cite this article

Abstract
The unprecedented power of the brain suggests that it may process information quantum-mechanically. Since quantum processing is already achieved in superconducting quantum computers, it may imply that superconductivity is the basis of quantum computation in the brain too. Superconductivity could also be responsible for long-term memory. Following these ideas, the paper reviews the progress in the search for superconductors with high critical temperature and tries to answer the question about the superconductivity in brain. It focuses on recent electrical measurements of brain slices, in which graphene was used as a room-temperature quantum mediator, and argues that these measurements could be interpreted as providing evidence of superconductivity in the neural network of mammalian brains. The estimated critical temperature of superconducting network in the brain is rather high, 2022 ± 157 K. A similar critical temperature was predicted in the Little’s model for one-dimensional organic chains linked to certain molecular complexes. A reasonable suggestion is that superconductivity develops in microtubules inside the neurons of the brain.

計算機科學
超導神經元可以匹配大腦的功率效率
傳統計算機需要的能量比我們頭腦中的“計算機”多幾個數量級。由超導納米線製成的神經網絡可能更接近真實的東西。
大腦的發光概念插圖

蓋蒂

人類大腦是迄今為止科學界已知的最令人印象深刻的計算設備。大腦以隻有幾赫茲的時鍾速度運行，與以千兆赫茲速度運行的現代微處理器相比，像蝸牛一樣。

但它通過同時執行許多計算來獲得力量——每秒十億億次計算。這種並行性使其能夠輕鬆解決傳統計算機尚未解決的問題：駕駛、行走、交談等。

更令人印象深刻的是，它所做的這一切隻不過是一碗粥。相比之下，世界上最強大的超級計算機比大城市使用更多的電力。

這就是為什麽計算機科學家希望使用神經網絡作為計算主力來複製人腦的計算性能。

說起來容易做起來難。普通芯片可以被編程為表現得像神經網絡，但這對計算要求很高，而且耗費能量。

相反，計算機科學家希望構建人工神經元，並將它們連接在類似大腦的網絡中。這有可能顯著提高能源效率，但沒有人提出接近大腦效率的設計。

直到今天。麻省理工學院的Emily Toomey和幾位同事設計了一種由納米線製成的超導神經元，該神經元在許多方麵表現得像一個真實的神經元。他們說，他們的設備與大腦的能源效率相匹配（至少在理論上），並且是新一代超導神經網絡的構建模塊，它將比傳統的計算機效率高得多。

超導動作電位
首先是一些背景。神經元以電尖峰或動作電位的形式編碼信息，這些信息沿著神經的長度傳播。在類腦網絡中，神經元通過稱為突觸的間隙彼此分開。

這些信息可以跳過這些突觸，從而影響其他神經元，導致它們放電或抑製它們，從而阻止它們放電。事實上，這允許神經元像邏輯門一樣，產生單個輸出以響應多個輸入。

生物神經元具有許多使這成為可能的重要特性。例如，除非輸入信號超過某個閾值電平，否則它們不會觸發，並且在經過一定時間之前它們不能再次觸發，這一段稱為不應期。尖峰沿著軸突（神經元的身體）行進的時間也很重要，因為它編碼了尖峰行進的距離。

人工神經元必須能夠複製盡可能多的這些特征。這通常需要一些複雜的電路。

但Toomey和同事指出，超導納米線具有特殊的非線性特性，使它們能夠像神經元一樣發揮作用。這種特性的產生是因為當流過納米線的電流超過某個閾值時，納米線的超導性會分解。

發生這種情況時，電阻突然增加，產生電壓脈衝。該脈衝類似於神經元中的動作電位。使用它來調製由第二根超導納米線產生的另一個脈衝，使模擬更加逼真。

這創造了一個簡單的超導電路，具有生物神經元的許多特性。Toomey和co已經證明超導神經元具有放電閾值，不應期和可以根據電路特性以及其他特性進行調整的行進時間。

至關重要的是，這種超導神經元也可用於觸發或抑製其他神經元。這種“扇出”屬性是創建網絡的關鍵。這是其他超導神經元設計從未能夠實現的。

由於超導電路使用的功率非常少，Toomey和同事的計算表明，這種超導神經網絡可以與生物神經網絡的效率相匹配。

品質因數是神經網絡每秒可以使用一瓦特的功率執行的突觸操作次數。Toomey和同事說，他們提出的網絡應該能夠與人腦相匹配，每秒每瓦特管理大約1014次突觸操作。“納米線神經元可以成為一項極具競爭力的技術，從功率和速度的角度來看，”他們說。

當然，也有局限性。也許最重要的是，超導神經元隻能連接到少數其他神經元。相比之下，人腦中的每個神經元都連接到數千個鄰居。就目前而言，Toomey和co的設計仍然隻是一個設計。

盡管如此，模擬還是很有希望的。“這裏進行的分析表明，納米線神經元是推進低功耗人工神經網絡的有希望的候選者，”該團隊說。

而且潛力巨大。Toomey和同事表示，超導神經網絡可以成為超導神經網絡形式的全新計算機硬件的基礎。這些芯片可以使用超導互連聯網在一起，這將導致不會散熱。

“結果將是一個大規模的神經形態處理器，它可以被訓練為一個尖峰神經網絡來執行模式識別等任務，或者用於模擬一個大型的、生物學現實網絡的尖峰動力學，”他們說。

這是一項有趣的工作，盡管在興奮開始建立之前，它需要一個原理驗證演示。

參考： arxiv.org/abs/1907.00263 ： 使用超導納米線的高能效人工神經元

 

v的新興技術

七月 19， 2019