Сверхпроводящий коммутатор, способный к обучению, создан исследователями Национального Института Стандартов и Технологии (NIST). В статье, опубликованной журналом Science Advances, они назвали своё устройство синапсом, поскольку, оно, как и его биологический прототип, может использоваться для соединения вычислительных модулей и для хранения данных.

Искусственный синапс представляет собой цилиндр диаметром 10 микрон, состоящий из двух ниобиевых электродов и изолятора (кремний с включениями марганцевых нанокластеров ), которые вместе образуют джозефсоновский переход. Такая конструкция позволяет создавать из синапсов 3D-структуры для гораздо более сложных нейроморфных систем, чем те, что демонстрировались до сих пор.

При превышении током критического значения, джозефсоновский переход генерирует импульс напряжения. Нанокластеры, а их в изоляторе порядка 20 тыс. на квадратный микрон, действуют как мельчайшие постоянные магниты. Критический ток сверхпроводящего перехода принимает максимальное значение при хаотической ориентации нанокластеров и минимальное — при упорядоченной.

Именно эта модификация стандартного джозефсоновского соединения и позволяет изменять сигналы на выходе нового синапса NIST с учётом опыта его предыдущей работы (прохождение электрических сигналов уменьшает упорядоченность нанокластеров), либо воздействием импульсов внешнего магнитного поля (они увеличивают количество нанокластеров, ориентированных в одном направлении).

Таким образом сверхпроводящие синапсы могут сохранять прежние соединения и создавать новые. Они поддерживают частоту срабатывания ~1 ГГц (миллиард в секунду), тогда как для человеческого мозга верхним пределом является 50 сигналов в секунду.

То, что изобретение NIST значительно превосходит природу в быстродействии, в общем не удивляет — мы привыкли, что компьютер «думает» быстрее. Более интересно, что суперэффективный биологический мозг уступает лидерство и в экономии энергии: искусственный синапс расходует её примерно в 10 тыс. раз меньше, чем естественный. Энергия одного импульса не превышает аттоджоуля, т. е. она меньше фоновой энергии при комнатной температуре и сопоставима с энергией связи двух атомов в молекуле.