人体的许多功能是同步运行的，例如行走时手臂和腿的协调，或者大脑的不同脑叶如何协同工作来处理信息。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。

尖峰纳米振荡器为量子材料和先进计算提供了新的见解

然而，尽管尖峰振荡器具有在先进材料和神经形态或类脑计算中使用的潜力，但同步性尚未在尖峰振荡器中得到广泛研究。

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尖峰时，它们表现出一种独特的同步性。他们的研究结果发表在《美国国家科学院院刊》上。

这项工作是由五年级研究生Erbin“Ben”Qiu领导的。尽管Qiu在加州大学圣地亚哥分校雅各布斯工程学院电气与计算机工程系工作，但他是在杰出物理学教授IvanK.Schuller的实验室中进行这项工作的。邱表示，他很高兴有机会探索利用工程和物理学专业知识的跨学科研究新领域。

这项研究计划使用了加州大学圣地亚哥分校的多个设施，包括Schuller实验室的溅射系统和X射线机来制造薄膜并分析其晶体结构。Nano3中的无掩模激光光刻机和蚀刻机用于制造尖峰纳米振荡器。最后，使用先进的传输测量设备来研究这些纳米振荡器的独特行为，这些纳米振荡器是热耦合但电解耦的。

在谐振子中，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。尖峰纳米振荡器预计会出现类似的结果。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并且不可能精确预测。然而，对于这些尖峰纳米振荡器，尽管随机同步模式不可预测地交替，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所(NIST)统计测试套件中的多项测试，以证明其在该领域的可行性。

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具有重要意义，因为它表明基于量子材料的尖峰振荡器可以模仿神经元的行为方式。