各位老师上午好，今天很荣幸有机会给大家做一个汇报。我今天给大家汇报的主题是主要面向未来计算的二维材料与“原子乐高”研究，包括本领域的研究现状，以及我们对这个方向发展的展望。今天的汇报有三个部分，首先介绍一下本方向的背景，包括主要的挑战以及机遇，第二方面为大家介绍一些代表性的研究进展，最后再简单的讲一下未来研究方向的展望。“原子乐高”或将成为人工智能时代的铺路石。
在最近的一段时间里，ChatGPT非常火爆，让大家感受到人类文明正在步入人工智能时代。在使用ChatGPT的过程中，会明显感觉到这个软件的卡顿，这是因为软件的后台正在进行思考，也就是说这一软件背后的算力是不太够用的。放大来说，人工智能的时代有一个非常大的特征，就是每天会产生大量的待处理数据，对人工智能软件进行训练，并且与人进行实时沟通。
为了保证类似ChatGPT这类软件的准确性和实时交互性，未来社会对算力的要求将会呈指数增长。面对这几方面的挑战，一方面，急需转换赛道的发展，创造机遇，发展颠覆性的器件以及新的计算的范式。另一方面，这也促使我们“回头看”，反思现在的“数字世界”。
人们每天生活的世界中，感受到的信息都是模拟的（信号在时间上有连续性，可以在一定范围内任意取值，与“数字的”相对——编者注），而现在的计算机系统是数字的，要进行数据处理时，就要先利用各种传感器把现实世界中的模拟信息通过“取样—保持”的方法收集成数字信息，对信息进行二值化，再进行存储和计算，最后还是以模拟的形式输出给人类。
此时，我们提出一个反思的问题，那就是：对于未来人工智能时代来说，这种“模拟—数字—模拟”的二次转化，是不是最优的解决方案？这样的双向转化无疑是浪费能效的，如果想获得更高的能效和更低的能耗，可以避免数字化的转化，而是直接对模拟信号进行处理和调控。“原子乐高”要解决的三大问题。对于“原子乐高”这样一个新兴方向，它未来的发展有一些基本展望。
原子乐高是一个高度交叉的方向，涉及到物理学、信息学领域的交叉，在这个交叉过程中，会有三个层面的问题。首先，在二维材料物态调控方面，关键问题是如何选取合适的物理自由度并加以调控。
想要解决这一问题，需要进一步研究新型的低维量子体系例如二维材料与异质结等体系中的新奇物性与外场调控；同时我们还认为，有必要建立有效的筛选机制，找到具备多功能的低维量子材料体系，例如可同时实现脉冲发放与权值调节，同时拥有与Fab兼容，容易制备的特点。
第二，基于已找到的新原理物态表示和调控方式，还需要设计和实现相关的器件，这其中的关键科学问题是如何去选取合适的器件状态变量，以及相应的工作机制。今后的发展目标是，结合量子材料的物态调控规律，去设计新原理的计算器件，进而实现像类脑器件一类的高效率计算器件，在此基础上进一步实现器件的小型阵列展示。
第三，在阶段性的系统应用方面，在完成物态调控规律的选择以及新原理器件设计后，有必要进一步研究高能效的信息计算架构与系统。第一步是开发基于量子材料计算器件的新架构与算法，并建立具备初步规模的模型系统。例如我们课题组设计的智能小车，使用了简单的忆阻器，可用光信号来对它进行控制，并且可以实现智能车道选择和避障。第二步是实现阶段性的系统应用，并完成包括驱动电路在内的集成工艺开发。
第三步也是我们的最终目标，是实现具备显著性能优势的专用/通用原型类脑智能计算机。在未来，计算技术的架构是需要换代发展的，而物态调控作为信息处理的过程，是有成为下一代计算架构基础的潜力的。现在的主要挑战在于，要找到合适的材料体系和物理机制，而二维材料以及原子乐高结构的物态非常丰富，非常容易掌控，所以展现出了巨大的发展潜力。
在电学调控和光电调控机制两个方向上，已经有了许多重要进展，未来的发展方向主要涵盖了材料制备、物态调控，新原理的器件，以及架构与系统的设计等方面，为未来计算的技术的实现，提供坚实的物理基础。谢谢大家！