（来源：arXiv）
比较此前的同类系统，本次系统的网络规模赶过 2-7 个数量级。对付每个网络节点来说，它都由薄膜上的量子核化勾引的纳米电路组成。
而这种薄膜则由相变材料构成，这让单个读出通道只需花费 0.07 纳瓦特的电功率。
比较此前最佳的人造储存器，在电功率上降落了 6 个数量级，并且比人脑生物神经元的效率赶过 1 个数量级。
由于本次芯片含有大量的神经网络节点，并拥有出色的功率效率。课题组结合其量子特性，开辟了一种新形式的硬件安全原语。
安全原语，是一个物理系统或设备，它能够基于单向物理征象天生独特、且不可复制的数字指纹。
安全原语的强大功能，吸引了学界研究身份验证系统的兴趣。当前的身份验证方法比如密码和生物识别，已被证明可被黑客攻击，不再足以保护用户。
而本次研究证明：通过神经芯片可以打造一种新技能，由于受到量子力学法则的保护，因此不会被硬件克隆所影响。
对付当前和未公开的任何类型的人工智能攻击，上述新技能都具有免疫性。
实验结果显示：其具有 99.6% 的可靠性、100% 的用户认证准确度、以及较为空想的 50% 的密钥唯一性。
其所拥有的量子特性，也比目前最好的技能高 3 倍以上，同时能在仅有 1 平方厘米的面积内存储 21104 多个密钥。
在运用前景上：
其一，可以实现安全运用。
本次芯片能帮助确保智能能源网络等关键根本举动步伐谢绝未经授权的访问，助力实现技能深度渗透的聪慧城市。
未来，如果在成熟度更高的技能阶段，基于本次芯片的原型能够完成验证，那么估量这项技能可以显著遏制攻击私人公司和政府机构的网络犯罪行为。
其二，可用于自然措辞处理任务。
比如，它能进行措辞建模、情绪剖析、文本分类、机器翻译和语音识别等。
基于储存器的循环性子，使其非常适宜用于处理文本等顺序数据。与此同时，它还具备捕获繁芜模式的能力，这让其能针对措辞的细微差别进行建模。
基于芯片上神经储存器的大规模神经网络节点和高功率效率，则使其能在资源受限环境之中，开展实时的措辞处理运用。
（来源：arXiv）
仿照对手，验证攻击
研究中，课题组选择利用锗锑碲这一相变材料。缘故原由在于：对付锗锑碲材料的相变来说，可以通过电场、热、光等多种办法进行勾引和掌握。
其余，锗锑碲具备较快的相变速率、以及非挥发性相变过程特性，更加适宜于本次课题的开展。
而在制造芯片的时候，为了肃清不屈均基底的影响，他们利用单面抛光的硅片作为原始基底。
然后，在硅片上沉积一层薄薄的二氧化硅，来作为终极的支撑基底，借此肃清硅作为半导体对付电旗子暗记测试的影响。
随后，则须要对锗锑碲薄膜进行沉积。对付这一步骤来说，并没有可以参考的操作参数。
因此，他们须要事先总结参数，特殊是总结厚度和韶光这两个参数，然后选择适当的沉积韶光，以便得到相应的厚度。
而在电极制备这一步骤，则须要基于芯片的电流-电压检测，在任意不同的电极点之间进行电路连接。
这也意味着，电极本身必须是隔离的、并且不能连接。为此，课题组制备了一种光刻掩膜版，在光刻技能的帮助之下，将用于沉积电极的位置暴露出来。
（来源：arXiv）
金，具有良好的导电性，因此该团队将其选为电极材料。
在沉积金膜之前，他们先是沉积一层薄薄的钛膜。钛膜沉积的好处在于，有助于减少金膜在利用中由于温度变革、应力和其他成分导致的剥离或脱落。
接着，他们沉积了 80 纳米和 120 纳米厚度的薄金膜。但是，纵然利用钛膜来作为中间层，金膜在光刻胶的显影过程中仍会涌现剥离，于是他们二次返工制备了更厚的金膜。
芯片上的引线键合工艺，则涉及到通过引线键合设备，来利用微米级的金线，从而将芯片电极连接到电路板。
然而，焊接参数、温度掌握、压力掌握、焊接速率、气氛掌握和金膜厚度等成分，都会影响引线的键合过程。
为此，经由长达几个月的探索，他们终于确定了适宜的设备参数。
在性能表征这一阶段，课题组利用高分辨透射电子显微镜，来对锗锑碲薄膜的微不雅观构造进行表征。
在微不雅观水平上，锗锑碲薄膜紧张由非晶构造和少量直径在 5-7 纳米的晶态区域组成。
研究中，布里渊图案的晶面数据显示：锗锑碲材料具有多晶的性子。
与此同时，他们又利用导电探针原子力显微镜设备，在纳米尺度上测试了器件的电性能。
结果显示：测试图像中每个点的相关区域为 8 纳米 × 8 纳米的单个像素。
通过剖析电压与电阻的变革，课题组创造当电压增加时，电阻会减小 1-4 个数量级。
这不仅遵照幂律的行为规律，并且微不雅观演化会涌现连续性的变革，材料也显示出从非晶态到晶态的转变。
在原位高分辨率透射电子显微镜的帮助之下，他们跟踪了锗锑碲薄膜在加热过程中的情形。
结果创造：已有晶体的成长、以及新的量子尺寸的晶体在热刺激之下的成长过程，导致锗锑碲薄膜内部发生了变革。
为此，他们在探针台的帮助之下，针对量子芯片进行电流-电压的测试。
通过此他们不雅观察到：非晶态锗锑碲薄膜的参数，开始涌现可重现、可连续调制的特性。
而来自非晶薄膜的量子尺度核聚变，会产生纳米电路。下一步是开拓一个理论模型，以支持这样一种假设：一个物理储层能够支持源自非晶薄膜量子尺度成核的纳米电路通信。于是，他们决定利用这一特性来开拓安全的根本设备，并投入资源进行该运用的研究。
基于此，该团队成功开拓出一款认证系统，包含安全密钥天生和安全密钥认证这两个部分。个中，密钥天生遵照“寻衅-相应”的模型。
在芯片输入上，他们给定的是二进制的寻衅字符串。在芯片输出上，他们则通过利用深度神经网络，来将相应旗子暗记转换为二进制密钥字符串。
随后，课题组设计了一个验证网络。在设计验证网络的时候，不但要做到让认证做事器仅仅保留寻衅字符串，并且要确保没有任何部分能够存储一次性密钥。
基于这一验证网络，他们开展了密钥认证，并通过针对系统进行建模，仿照了一个“对手”。
这个“对手”不仅非常理解系统的特性，而且能够复制除了神经储存器以外的所有经典组件。
基于这一“对手”，他们评估了系统对付统计推理的抵抗能力。结果表明：攻击者根本无法预测干系的认证明例。
（来源：arXiv）
导师：“你们可能创造了更主要的东西”
另据悉，在制备上述量子芯片时，课题组表示存在一些运气身分。
这项研究原来是要环绕显示运用，开拓一种新型光学相变材料。
然而，在沉积过程之中，他们通过透射电子显微镜创造：利用最初在沉积仪器中所利用的条件，并没有得到均匀的薄膜，而是得到了一个非晶系统，该非晶系统由随机聚拢的晶粒组成。
因此，当他们得到第一批样品时，所有人都感到非常沮丧，由于没有一个样品达到预期效果。
经由几次考试测验之后，他们险些打算放弃本次项目。然而，当引导师展示这些初始结果时，导师见告他们：“你们可能创造了一些更主要的东西。”
于是，该团队开展了一次电子丈量，只管涌现了非常繁芜的物理征象，但是初步结果看起来不错。
又经由大约一年之久，借助高分辨透射电子显微镜、原子力显微镜、拉曼光谱学等手段，他们在原子尺度开展了多次调查，终于理解了本次系统的事情机制，并打造出了上述安全认证系统。
日前，干系论文以《片上量子激活神经储存为弹性身份验证开辟了大型硬件安全模型》（Quantum-activated neural reservoirs on-chip open up large hardware security models for resilient authentication）为题发在 arXiv[1]。
图 | 干系论文（来源：arXiv）
该团队的博士后研究员何钊、博士生马克西姆·伊利扎罗夫（Maxim Elizarov）是共同一作，李宁研究员是共同作者。
沙特阿卜杜拉国王科技大学教授安德烈·弗拉塔洛奇（Andrea Fratalocchi）担当通讯作者。
图 | 安德烈·弗拉塔洛奇（Andrea Fratalocchi）（来源：资料图）
后续，课题组操持开拓一个神经芯片的集成办理方案。在目前的方案之中，是由探针台来掌握芯片的操作，这限定了在毫秒级范围内调制系统相应速率的能力。
估量在改进之后，将能够进行信息的实时处理，从而提高设备的运行速率和功率效率。
参考资料：
1.https://arxiv.org/pdf/2403.14188
运营/排版：何晨龙
