一次运算仅6.34阿焦，比忆阻器低百万倍！Nature子刊单分子神经形态器件深度解读

编者按：本文基于2026年3月30日至4月2日期间发表于《自然》及其子刊的多项重磅研究，以科学时文快报体裁撰写，全文约800字。

你手机里的人工智能每回答一个问题，消耗的能量足以点亮一颗LED灯珠数秒钟。如果告诉你，有科学家刚刚造出了一个器件，完成一次运算消耗的能量连这个数字的十亿分之一都不到，你会相信吗？

这不是科幻。2026年3月31日，国际顶级期刊《自然—通讯》（Nature Communications）在线发表了一项来自国际研究团队的突破性成果：他们成功制造出一种单分子神经形态器件，每次开关操作仅消耗约6.34阿焦（aJ）的能量。

怎么做的？

「阿焦」是什么概念？1阿焦等于10⁻¹⁸焦耳。作为对比，目前先进的电阻式存储器（忆阻器）单次操作能耗通常在皮焦（10⁻¹²焦耳）到飞焦（10⁻¹⁵焦耳）量级。换句话说，这项新技术的能耗比现有技术低了3到6个数量级。

研究团队的灵感来自生物大脑。他们设计了一种「分子—离子」静电相互作用系统，通过电化学调控，让单个有机分子像神经突触一样工作。这种单分子器件不仅能实现从短期记忆到长期记忆的神经可塑性模仿，还支持超过10个不同的导电状态——这是实现类脑计算的关键能力。

发现了什么？

实验结果令人惊叹。该器件成功演示了巴甫洛夫条件反射（联想学习）以及摩斯电码的模式识别。换句话说，这个单分子器件不仅能「记住」，还能「学习」。

「这项研究通过使用单个分子实现多状态突触模拟，为迈向节能可持续的人工智能铺平了道路。」论文明确指出。从信息科技的角度看，这是人类首次在单分子尺度上同时实现超低功耗与多状态突触行为。

意味着什么？

这项技术的意义远不止于实验室。它指向一个终极命题：当摩尔定律逼近物理极限，我们该如何继续提升算力？

传统答案是「更大、更多」——更多的晶体管、更大的芯片、更耗电的数据中心。而单分子计算给出的答案是「更小、更省」——利用分子本身的物理性质完成计算，从根本上绕过硅基芯片的能耗墙。

需要强调的是，这项研究目前仍处于基础研究阶段。单分子器件的稳定性、大规模集成以及与现有CMOS工艺的兼容性，都是亟待解决的工程难题。论文样本量为实验室环境下的单器件表征，距离商用芯片还有漫长的道路。

但方向已经清晰：当AI模型越变越大、能耗问题日益尖锐之际，回归物质最基本的尺度——分子——或许才是终极出路。

来源追溯

• 期刊：Nature Communications
• DOI：10.1038/s41467-026-71127-2
• 论文标题：Single-molecule neuromorphic device with aJ-level power consumption per switching
• 在线发表日期：2026年3月31日
• 通讯作者单位：国际合作（详见原文）