同一天2篇Nature！清华两团队最新科研突破！
同一天2篇Nature！清华两团队最新科研突破！
北京时间5月30日，清华大学两个团队的最新科研成果同时发表于国际顶级学术期刊《自然》（Nature）。
类脑视觉感知芯片“天眸芯”：突破视觉感知技术瓶颈
清华大学精密仪器系类脑计算研究中心施路平教授团队提出了一种基于视觉原语的互补双通路类脑视觉感知新范式，并研制出世界首款类脑互补视觉芯片“天眸芯”。该研究成果以《面向开放世界感知具有互补通路的视觉芯片》（A Vision Chip with Complementary Pathways for Open-world Sensing）为题，被作为当期《自然》杂志的封面文章发表。这是该团队继异构融合类脑计算“天机芯”后第二次登上Nature杂志封面，标志着中国在类脑计算和类脑感知方向取得重要突破。
2024年5月30日 Nature 杂志封面
Nature 网站论文截图
视觉感知作为智能无人系统获取信息的核心途径，发挥着至关重要的作用。但在复杂多变且不可预测的环境中，实现高效、精确且鲁棒的视觉感知依然是一个艰巨的挑战。传统视觉感知芯片由于受到“功耗墙”“带宽墙”的限制，在应对极端场景时往往面临失真、失效或高延迟的问题，严重影响了系统的稳定性和安全性。
为克服这些挑战，精仪系类脑计算研究团队聚焦类脑视觉感知芯片技术，提出了一种基于视觉原语的互补双通路类脑视觉感知新范式。该范式借鉴人类视觉系统的基本原理，模仿人类视觉系统的特征，形成两条优势互补、信息完备的视觉感知通路。
“天眸芯”研究团队合影
基于这一新范式，团队进一步研制出了世界首款类脑互补视觉芯片“天眸芯”。在极低的带宽（降低90%）和功耗代价下，实现了每秒10000帧的高速、10bit的高精度、130dB的高动态范围的视觉信息采集。
类脑互补视觉感知芯片“天眸芯”
基于该芯片，团队还自主研发了高性能软件和算法，并在开放环境车载平台上进行了性能验证。在多种极端场景下，该系统实现了低延迟、高性能的实时感知推理，在智能无人系统领域展现了巨大应用潜力。
自动驾驶感知演示平台
离子量子比特：实现最大规模量子模拟计算
中国科学院院士、清华大学交叉信息研究院教授段路明带领研究组首次实现基于数百离子量子比特的量子模拟计算。该成果以《具有单比特分辨率的数百囚禁离子二维量子模拟器》（A site-resolved two-dimensional quantum simulator with hundreds of trapped ions）为题，在Nature官网在线发表。该成果被Nature审稿人称为“量子模拟领域的巨大进步”“值得关注的里程碑”。
Nature 网站论文截图
离子阱系统被认为是最有希望实现大规模量子模拟和量子计算的物理系统之一。多个实验验证了离子量子比特的高精密相干操控，但该系统的规模化被认为是主要挑战。
交叉信息研究院段路明研究组利用低温一体化离子阱技术和二维离子阵列方案，大规模扩展离子量子比特数，提高离子阵列稳定性。他们首次实现512离子二维阵列的稳定囚禁和边带冷却，并首次对300离子实现可单比特分辨的量子态测量。
交叉信息研究院段路明研究组合影
研究人员进而利用300个离子量子比特实现可调耦合的长程横场伊辛模型的量子模拟计算。长程横场伊辛模型是一类重要的量子多体模型，有助于理解量子信息、凝聚态物理等领域的基本问题，也可用于求解优化问题等现实应用。
实验获得512离子二维阵列图像与典型300离子单点分辨测量结果
该工作实现了国际上最大规模具有单比特分辨率的多离子量子模拟计算，将该研究组保持的离子量子比特数国际记录（61离子）往前推进了一大步，首次实现基于二维离子阵列的大规模量子模拟。
典型300离子长程横场伊辛模型量子模拟计算结果
研究人员还对该模型的动力学演化进行量子模拟计算。300个离子量子比特同时工作时所能执行的计算复杂度达到2的300次方，超越经典计算机的直接模拟能力。该实验系统为进一步研究多体非平衡态量子动力学这一重要难题提供了强大的工具。
段路明院士（右一）指导学生实验
这两项突破性成果展示了清华大学在人工智能和量子计算领域的强大科研实力，为相关领域的未来发展开辟了新的可能性。