量子材料可以抵消人工智能对能源的需求。为了解决一个难题或玩一个游戏，人工智能可能需要运行在数千台电脑上的软件。这可能是三个核电站在一小时内产生的能量。

一组工程师已经开发出一种硬件，可以使用一种目前在软件平台上运行的人工智能来学习技能。在硬件和软件之间共享智能特征，将抵消在自动驾驶汽车或发现药物等更高级应用中使用人工智能所需的能量。

“软件正在承担人工智能的大部分挑战。普渡大学(Purdue University)材料工程学教授施拉姆·拉马纳坦(Shriram Ramanathan)表示:“如果你能将智能融入电路元件，以及软件中正在发生的事情，你就能完成今天根本无法完成的事情。”

人工智能硬件开发仍处于早期研究阶段。研究人员已经在一些潜在的硬件上展示了人工智能，但还没有解决人工智能的巨大能源需求。

拉马纳坦说，随着人工智能渗透到更多的日常生活，严重依赖需要大量能源的软件是不可持续的。如果硬件和软件可以共享智能功能，那么硅片领域将能够在给定的能量投入下取得更大的成就。拉马纳坦的团队是第一个在室温下展示人造“树状”内存的组织。过去，研究人员只有在对电子设备来说温度太低的情况下，才能在硬件中观察到这种记忆。研究结果发表在《自然通讯》杂志上。

拉马纳坦的团队开发的硬件是由所谓的量子材料制成的。这些材料以其经典物理无法解释的特性而闻名。Ramanathan的实验室一直致力于更好地理解这些材料，以及如何利用它们来解决电子领域的问题。软件使用类似树的内存将信息组织成各种“分支”，使学习新技能或任务时更容易检索这些信息。

人类大脑如何对信息进行分类并作出决策，从而启发了这种策略。“人类以类别的树形结构来记忆事物。比如，我们把‘苹果’归为‘水果’一类，把‘大象’归为‘动物’一类，”普渡大学工程学院博士后研究员张海田(音译)说。“在硬件上模仿这些特性，对于脑灵感的计算来说可能很有趣。”

研究小组在一种名为氧化钕的量子材料中引入了一个质子。他们发现对物质施加电脉冲可以使其绕质子运动。质子的每一个新位置都会产生一种不同的电阻状态，从而产生一种称为记忆状态的信息存储位置。多个电脉冲产生一个由记忆状态组成的分支。

“我们可以利用量子力学效应在材料中建立数千种记忆状态。材料保持不变。我们只是在质子周围转来转去，”拉马纳坦说。通过模拟在这种材料中发现的特性，研究小组表明这种材料能够学习数字0到9。学习数字的能力是人工智能的一项基本测试。

这些树在材料的室温下的演示是向硬件可以从软件卸载任务的方向迈出的一步。拉马纳坦说:“这一发现为人工智能开辟了新的领域，此前由于没有将这种智能应用到电子硬件中，人工智能在很大程度上被忽视了。”

这种材料还可能有助于创造一种方式，让人类更自然地与人工智能交流。“质子也是人类体内天然的信息载体。质子传输设备可能是最终实现与生物体直接通信的关键组件，比如通过植入大脑。”张说。