聚焦大脑神经网络的“基本零件”，首次揭示其处理时空信息的核心机制；构建“量子孪生干涉仪”，成为量子计量学向前迈进又一里程碑……跟教育小微一起来看天津大学、上海交通大学的科研新进展——

天津大学科研团队

在神经网络信息处理机制研究中取得突破

天津大学人工智能学院于强教授团队联合国际科研人员，在神经网络信息处理机制研究中取得重要突破。该研究聚焦于大脑神经网络的“基本零件”——突触，首次揭示了其处理时空信息的核心机制。相关成果于11月22日发表于国际著名学术期刊《美国科学院院刊》（PNAS）。

人类大脑中，数以亿计的神经元以脉冲的形式，通过“突触”这一连接点传递和处理信息。对其工作机制的模拟与计算，是人工智能领域发展的重要启发源泉。具体而言，突触具有两种关键的调节能力：一种是“长时可塑性”，即其连接强度可以长期增强或减弱，这被认为是形成长期记忆的基础；另一种是“短时可塑性”，指的是在极短时间内动态调节信号强度的能力。尽管两者均至关重要，但它们如何协同工作，共同影响大脑的学习与信息处理效率，一直是未解之谜。

针对这一难题，研究团队通过构建突触计算与学习理论模型，发现当“长时可塑性”作用于“短时可塑性”时，大脑能够将时间序列上的信息转化为空间上的表达模式。这一机制显著增强了神经网络的记忆容量、抗干扰能力以及对复杂时空信息的识别能力。该模型还在小鼠与人类大脑皮层突触电生理观测中得到了验证，显示出高度的生物合理性。

图为神经网络存储容量和噪声鲁棒性分析结果。（受访者供图）

“这项研究就像是我们找到了大脑在处理信息时的‘协作密码’。”于强比喻道，“它不仅解释了大脑处理信息的底层逻辑，也为开发可解释、可通用的下一代人工智能方法提供了重要支撑。”

上海交通大学科研团队

在量子干涉技术与量子精密测量领域再次取得重大突破

上海交通大学物理与天文学院讲席教授、李政道研究所兼职研究员张卫平与助理研究员包谷之等组成的团队，在量子干涉技术与量子精密测量领域再次取得重大突破，提出并实现了一种全新的干涉架构——“量子孪生干涉仪”。该团队将其一直保持的量子关联干涉仪相位测量信噪比的国际纪录再次提升三个数量级。相关成果近日发表于国际期刊《科学进展》。

图1 量子孪生干涉仪实验架构

据悉，目前主流的量子干涉相位测量均采用平衡零拍探测原理。然而，平衡零拍探测中，干涉两臂光强事实上处于极端不平衡状态，这成为相位测量灵敏度的探测瓶颈。

图2 平衡零拍和量子孪生干涉仪相位测量结果比对

为突破此局限，团队构建了互为纠缠的“量子孪生干涉仪”，取代现有的平衡零拍探测。基于并行配置的双对孪生纠缠光束，团队建立了量子关联干涉与纠缠探测协同的相位测量新范式。这一成果成为量子计量学向前迈进的又一里程碑。

新华社记者张建新、栗雅婷，科技日报记者王春