人体的许多功能是同步运作的，例如走路时手臂和腿的协调，或者我们大脑的不同叶如何协同工作以处理信息。同步性也存在于工程系统中，例如时钟和无线电电路中使用的谐波振荡器。然而，尽管同步性在尖峰振荡器中尚未得到广泛研究，尽管它们有可能用于先进材料和神经形态或类脑计算。
现在，加州大学圣地亚哥分校的科学家发现，当由二氧化钒制成的纳米振荡器出现峰值时，它们表现出一种独特的同步性。他们的研究结果发布在《美国国家科学院院刊》上。
这项工作由五年级研究生Erbin “Ben” Qiu领导。虽然邱在加州大学圣地亚哥分校雅各布斯工程学院的电气与计算机工程系工作，但他在物理学杰出教授Ivan K. Schuller的实验室里进行了这项工作。邱说，他很高兴有机会探索跨学科研究的新领域，利用工程和物理学的专业知识。
这项研究计划使用了加州大学圣地亚哥分校的几个设施，包括溅射系统和Schuller实验室的X射线机来制造薄膜并分析其晶体结构。使用Nano3中的无掩模激光光刻机和蚀刻机来制造尖峰纳米振荡器。最后，利用先进的输运测量设备研究了这些纳米振荡器的独特行为，这些纳米振荡器具有热耦合和电解耦的特点。
在谐波振荡器中，如果增加耦合强度，两个振荡器之间的同步性将变得更强或更稳健。峰值纳米振荡器也有望获得类似的结果;然而，实验表明，通过增加电压来增强耦合强度会导致同步模式中断，从而导致随机状态或“状态”。
根据定义，随机状态基于随机概率，无法精确预测。然而，对于这些尖峰纳米振荡器，尽管随机同步模式交替不可预测，但始终存在同步模式。
“我们的系统始终保持同步，”邱说。“它从最初的固定同步模式转变为随机状态，但即便如此，它仍然是同步的。然后它又回到了另一个固定的同步模式。这种意想不到的结果可能在网络安全应用中很有用，特别是在实现真正的随机数生成器方面。事实上，这些尖峰纳米振荡器已经通过了美国国家标准与技术研究院统计测试套件中的多项测试，以证明它们在该领域的可行性。
除了网络安全之外，这项研究对人工智能和神经形态计算也有重要意义，因为它表明基于量子材料的尖峰振荡器可以以模仿神经元的方式运行。
这项工作由空军科学研究办公室和美国能源部科学办公室，基础能源科学通过用于节能神经形态计算的量子材料资助。
