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一组研究人员展示了即使是小规模的量子计算机也能通过一种新颖的光子量子电路提升机器学习性能。他们的发现表明，今天的量子技术不仅仅是实验性的，它在特定任务中已经可以超越经典系统。值得注意的是，这种光子方法还可以大幅减少能量消耗，提供一个可持续的前进道路，因为机器学习的能量需求正在飙升。 数据点的分类可以通过光子量子计算机完成，从而提高传统方法的准确性。图片来源: Iris Agresti 当前的热门研究主题之一是将两项最近的技术突破结合起来：机器学习和量子计算。一项实验性研究显示，已经小规模的量子计算机可以提升机器学习算法的性能。这项研究由维也纳大学的国际研究团队在光子量子处理器上进行。该研究最近发表在Nature…

在全球每年生产超过10亿部智能手机的背景下，研究团队正在改变电子废物的处理方式。与其将旧手机扔掉，他们展示了一种开创性的方法：将过时的智能手机转变为微型数据中心。这种低成本的创新（每部手机仅8欧元）提供了实际应用，从监测公交乘客到观察海洋生物，而无需使用新技术。 每年，全球生产超过12亿部智能手机。电子设备的生产不仅耗能密集，还消耗珍贵的自然资源。此外，制造和运输过程会向大气中释放大量二氧化碳。同时，设备的老化速度比以往任何时候都快——用户平均每2到3年会更换仍然正常工作的手机。老旧设备充其量被回收利用，最糟糕的情况是最终被扔进垃圾填埋场。 尽管最可持续的解决方案是改变消费者的行为，更仔细地考虑每个新型号是否真的需要取代旧款，但这说起来容易做起来难。快速的技术发展令旧设备迅速过时。因此，需要替代方案——例如通过赋予设备全新的用途来延长其使用寿命。 这正是塔尔图大学计算机科学研究所的研究人员胡贝尔·弗洛雷斯、乌尔里希·诺比斯拉特、和智刚·尹，以及来自技术研究所的佩尔塞维朗·恩戈伊和他们的国际同事所测试的方法。“创新通常不是从新事物开始，而是从一种重新思考旧事物的方法开始，重新构想它在塑造未来中的角色，”胡贝尔·弗洛雷斯，普适计算的副教授解释道。他们证明了旧智能手机可以成功地转变为小型数据中心，能够高效处理和存储数据。他们还发现，建造这样的数据中心非常便宜——每个设备大约8欧元。 这些小型数据中心有广泛的应用。例如，它们可以在城市环境中，如公交车站，收集实时乘客数量数据，从而优化公共交通网络。…

物理学家成功模拟了一种奇特的量子现象，即光似乎从空荡荡的空间中产生，这一概念至今仅存在于理论中。通过尖端的模拟技术，研究人员模拟了强激光如何与所谓的量子真空相互作用，揭示了光子如何相互反弹，甚至产生新的光束。这些突破恰逢新的超强激光设施准备在现实中测试这些令人困惑的效应，潜在地为揭示新物理学甚至暗物质粒子打开了一扇大门。 使用先进的计算建模，由牛津大学领导的研究团队，与里斯本大学的高级技术研究所合作，首次实现了实时三维模拟，展示了强激光束如何改变“量子真空”——这一状态曾被认为是空的，但量子物理学预测它充满了虚拟的电子-正电子对。 令人兴奋的是，这些模拟重现了量子物理学预测的一种奇特现象，称为“真空四波混合”。这表明，三束聚焦激光脉冲的综合电磁场可以极化真空中的虚拟电子-正电子对，导致光子像台球一样相互弹跳——在一种“黑暗中的光”过程中生成第四束激光。这些事件可以作为在极高强度下探测新物理学的探针。 “这不仅仅是学术好奇心——这是实验确认量子效应的重要一步，之前这些效应主要是理论上的，”研究共同作者、牛津大学物理系的彼得·诺雷斯教授说。 这项工作正值新一代超强激光即将上线之际。英国的Vulcan…

宾厄姆顿大学的科学家通过开发在使用后会消失的小型电池，将科幻幻想变为现实，这一灵感来源于《碟中谍》。该团队由教授崔锡勋领导，正在解决生物可降解电子设备中最棘手的部分：电源。它们探索的不是有毒材料，而是常见于酸奶中的有益细菌，以产生电力。利用在酸性环境中可溶解的纸基电池，这一突破有可能彻底改变医疗和环境用途的安全可处置技术。 在《碟中谍》电影中，超级间谍伊森·亨特——由汤姆·克鲁斯饰演——会收到来自上级的命令，涉及各种会在五秒内自我毁灭的设备。 电子产品真的可以在现实生活中化为乌有吗？宾厄姆顿大学的崔锡勋教授在过去20年里研究一次性“纸电子”，但制造所谓的瞬态电子设备中最困难的部分是电池。 崔教授说：“瞬态电子可以用于生物医学和环境应用，但它们必须以生物安全的方式解体。”他是托马斯·J·沃森工程与应用科学学院电气与计算机工程系的教员。 “你不想在体内有有毒残留物。这种设备被称为生物吸收电子。对于瞬态或生物吸收电子，主要挑战是电源——但大多数电源，如锂离子电池，都包含有毒材料。”…

与鸟类在未知环境中以惊人的速度和灵活性导航不同，无人机通常依赖外部导航或预先绘制的路线。然而，香港大学工程学院机械工程系的傅张教授和研究人员的突破性发展，使无人机和微型空中飞行器（MAV）能够比以往更接近地模拟鸟类的飞行能力。 SUPER能够以以前无法达到的安全水平在复杂环境中高速导航。照片来源：香港大学 与鸟类在未知环境中以惊人的速度和灵活性导航不同，无人机通常依赖外部导航或预先绘制的路线。然而，香港大学工程学院机械工程系的傅张教授和研究人员的突破性发展，使无人机和微型空中飞行器（MAV）能够比以往更接近地模拟鸟类的飞行能力。 该团队开发了安全可靠高速空中机器人（SUPER），能够以超过每秒20米的速度飞行，并利用仅有的机载传感器和计算能力，避免直径仅2.5毫米的障碍物，例如电线或树枝。SUPER的设计紧凑，轮距仅280毫米，起飞重量为1.5公斤，展现出卓越的灵活性，能够在夜间穿越密林，并熟练地避开细线。 傅教授将这一发明称为无人机技术领域的游戏改变者，他说：“想象一下，‘机器人鸟’在森林中迅速操纵，轻松躲避高速度下的树枝和障碍物。这是在自主飞行技术上的重要一步。我们的系统使MAV能够以以前无法达到的安全水平在复杂环境中高速导航。这就像赋予无人机鸟类的反应能力，使其能够在实时中规避障碍，同时朝着目标飞去。”…

硅晶体管的缩小已经达到了物理极限，但东京大学的一个团队正在重新定义规则。他们使用掺锗的氧化铟创造了一种尖端晶体管，采用新颖的“全围门”结构。通过精确工程设计材料的原子结构，这种新装置实现了显著的电子迁移率和稳定性。这一突破可能促进更快、更可靠的电子设备，为未来的技术，从人工智能到大数据系统提供动力。 日本研究人员展示了一种由掺锗的氧化铟制成的晶体管，具有颠覆性的全围门设计。与传统的硅模型相比，它更稳定、更高效，有可能在先进计算中解锁新的性能水平。图片来源：Shutterstock 作为20世纪最伟大的发明之一，晶体管是现代电子设备中不可或缺的组成部分，能够放大或切换电信号。随着电子设备越来越小，继续缩小基于硅的晶体管变得愈加困难。我们的电子技术的发展是否已经面临瓶颈？ 现在，由东京大学产业科学研究所领导的研究团队正在寻找解决方案。根据他们即将在2025年发布的论文，为VLSI技术与电路研讨会，团队抛弃了硅，而是选择制造一种由掺锗的氧化铟(InGaOx)制成的晶体管。这种材料可以构造成结晶氧化物，其有序的晶格非常适合电子迁移。 “我们还希望我们的结晶氧化物晶体管具有‘全围门’结构，即门围绕着电流流动的通道，控制电流的开启和关闭，”研究首席作者陈安岚解释道。“通过将门完全包裹在通道周围，我们可以提高效率和可扩展性，与传统门相比。”…

哈佛大学和保罗·谢尔研究所的科学家们成功地在时间上冻结了通常瞬息万变的量子态，为使用纯电子技巧和激光精确控制它们创造了一条途径。 激光脉冲触发了铜酸盐梯子中的电子变化，创造出大约比通常长寿命多一千倍的长寿命量子态。图片来源：Brad Baxley/Part to Whole…

超大质量黑洞可能自然复制人工粒子对撞机的巨大能量，甚至可能揭示暗物质，为发现宇宙深层秘密提供一种可能的捷径，这些发现否则需要数十年和数十亿美元的追求。 由于联邦资金削减影响了数十年的研究，科学家们可能会转向黑洞，以寻找廉价的自然替代方案，取代昂贵的设施，去寻找暗物质及类似的难以捉摸的粒子，这些粒子包含了宇宙深层秘密的线索，《约翰霍普金斯大学》的一项关于超大质量黑洞的新研究表明。 这些发现可能有助于补充多达数十亿美元的费用和建造数十年所需的研究综合体，比如欧洲的“大强子对撞机”，这是全球最大和能量最高的粒子加速器。 “对于像大强子对撞机这样的粒子对撞机的一个伟大希望是，它将产生暗物质粒子，但我们尚未看到任何证据，”该研究的共同作者、约翰霍普金斯大学及英国牛津大学的天体物理学教授约瑟夫·西尔克表示。“这就是为什么目前正在进行讨论，以建造一个更强大的版本，一个下一代超级对撞机。但当我们投资300亿美元并等待40年建造这个超级对撞机时——自然也许会在超大质量黑洞中提供未来的一瞥。” 该研究今天发表于《物理评论快报》。…

天文学家揭示了新的研究，显示通过一个全新的设施，可能会发现数百万个新的太阳系天体，该设施预计将在今年晚些时候投入使用。 一个来自全球的天文学家团队，包括华盛顿大学的团队和由贝尔法斯特女王大学领导的团队，揭示了新的研究，表明数百万个新的太阳系天体将通过一个全新的设施被探测到，该设施预计将在今年晚些时候投入使用。 国家科学基金会-能源部维拉·C·鲁宾天文台将彻底改变我们对太阳系“小天体”的知识——小行星、 комет 和其他小行星。…

一项新的研究详细说明了尽管排放量下降，仍然使污染物悬浮在空中的过程。 大气中的硝酸盐降低了空气质量，并在气候变化中发挥了重要作用。由北海道大学研究人员领导的国际团队揭示了大气中的化学过程如何导致硝酸盐水平持续维持在高位，尽管在过去几十年中排放量有所减少。这些发现发表在自然通讯上，将有助于通过改进我们评估和预测大气硝酸盐水平的能力来改善气候模型。 大气中的硝酸盐水平在1970年到2000年之间达到了峰值。随着自1990年代以来硝酸盐前体的排放减少，硝酸盐水平略有下降，但硝酸盐水平的下降幅度小于前体排放的下降幅度——某些因素使硝酸盐留在大气中。 硝酸盐可以以气体或颗粒形式存在于大气中。气体硝酸盐更容易被沉降，而颗粒形式——特别是较细的颗粒——可以被长距离运输。因此，理解气体和颗粒硝酸盐之间的平衡对了解大气动力学和硝酸盐的持久性非常重要。 源区域中大气硝酸盐的持久性可以通过缓冲效应来解释，其中气体硝酸盐转化为颗粒硝酸盐，助长了其持久性。这种缓冲效应在长期和远程的影响尚不明确，但沉积在北极冰芯中的硝酸盐显示出与大气硝酸盐相同的模式。这些地点远离源头，因此持续的高沉积率并不反映源头附近的局部过程，而必然与大气运输及其他大气过程有关。…

科学家们在太阳附近发现了一种新的高能粒子源。这些明确的观察是通过美国宇航局（NASA）的帕克太阳探测器上的仪器进行的，该探测器在穿越太阳日冕时探测到了这些强烈现象。新的研究由西南研究院的科学家领导，确定了太阳附近一种新的高能粒子源。这些明确的观察是通过美国宇航局的帕克太阳探测器上的仪器进行的，该探测器在穿越太阳日冕时探测到了这些强烈现象。 这些新结果提供了关于磁重联如何加热太阳大气的新视角，而这种大气随后转变为太阳风，以及太阳耀斑如何将一小部分带电粒子加速到接近相对论速度的方式。“通过西南研究院主导的磁层多尺度任务，科学家们首次直接探测到地球附近磁重联的源头，观察到这一爆炸性物理过程是如何将储存的磁能转化为动能和热量的，”西南研究院的米希尔·德赛博士说，他是这项研究新论文的第一作者。“现在，帕克探测器直接观察到了在日际电流层（HCS）中的磁重联是如何给带电粒子提供极高能量的，在这里，行星际磁场反转其极性。” 当帕克穿越HCS时，科学家们发现了指向太阳的重联喷流和向太阳传播的高能质子，确认它们来自HCS重联点，而非来自太阳的无关过程。在重联排放的核心内，帕克探测到了被困的高能质子，其能量是每个粒子可用磁能的千倍。 “这些发现表明，HCS中的磁重联是近太阳太阳风中高能粒子的一个重要来源，”德赛说。“在任何有磁场的地方都会发生磁重联。但太阳附近的磁场强度要强得多，因此储存的能量释放得更多。” 磁重联——当磁力线汇聚、断裂并在爆炸性物理过程中重新连接——能够给粒子提供能量并生成高速流动。作为空间天气的核心，重联是强大太阳事件的原因，例如太阳耀斑和日冕物质抛射（CME），并推动地球空间环境中的干扰。这些干扰产生壮观的极光，但也可能关闭电力网并扰乱基于卫星的通信和导航系统。…

电子产品在使用后常常被丢弃，因为回收它们需要大量的工作，而回报却很少。研究人员现在找到了改变这一局面的办法。 由于升级和手机、平板电脑、笔记本电脑及家电的故障，越来越多的电子产品被丢弃，因此它们被赋予了一个自己的名字：电子废物。 根据联合国2024年发布的一份报告，全球电子废物的数量在过去12年中几乎翻了一番，从340亿公斤增加到620亿公斤——相当于155万辆货车——预计到2030年将达到820亿公斤。预计只有138亿公斤——约占总量的20%——会被回收，而这一数字预计将保持平稳。 简单来说，我们正在扔掉越来越多的电子产品，而回收的速度跟不上。但来自弗吉尼亚理工大学的两组研究团队在《先进材料》上的一项新研究为电子废物问题提供了一个潜在解决方案：一种可回收材料，可以使电子产品更易于拆解和再利用。 化学和工程有答案…