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光子量子芯片让人工智能变得更智能和更环保

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…

光子在虚空中碰撞:量子模拟从无中创造光线

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…

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光子量子芯片让人工智能变得更智能和更环保

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…

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光子量子芯片让人工智能变得更智能和更环保

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…

过时手机如何为智能城市提供动力并拯救海洋

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。…

光子在虚空中碰撞:量子模拟从无中创造光线

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…
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自加热柔性电子产品:通过内置温暖革新制造业

一组研究人员成功地通过液体处理制造出薄膜晶体管,即使在低温下也能良好工作。这一突破为它们在先进的柔性电子和可穿戴设备中的应用开辟了新的可能性,因为它们可以在塑料基底上运行,并在反复弯曲的情况下可靠地工作。 DGIST(在李坤宇校长的领导下)宣布,电气工程与计算机科学系的权赫俊教授带领的研究团队,在第一作者张奉浩博士的协助下,创新了一种在比以往更低的温度下使用液体处理制造高性能电子组件的方法。通过利用材料中产生的“燃烧热”,该技术消除了高温的需求,使其适合热敏塑料基底。这一进展预计将在可弯曲和可折叠的电子设备以及智能可穿戴技术中得到广泛应用。 如今,柔性和轻量化的电子设备变得越来越普遍。智能手表、折叠显示器和可穿戴传感器等小工具为用户提供了额外的便利性和多功能性,并承诺在未来几年深入多个行业领域。制造这些创新产品,强大但灵活的电子部件至关重要。 薄膜晶体管在开发柔性电子产品中至关重要,需要它们非常薄且精确制作。通常,液相处理,即以液体形式涂覆的处理方式,适合经济的大规模生产。然而,为了生产高质量的薄膜所需的高温限制了它们在柔性热敏塑料基底上的应用。因此,研究人员一直在努力寻找新的方法,降低所需的温度,同时仍实现优异的性能。 为了解决这些挑战,权教授的团队采用了“燃烧合成”技术。类似于热包内部产生热量以加热的原理,这种方法利用加工过程中材料内部产生的热量来创造高质量的氧化物薄膜,而无需抬高外部温度。通过这种方法,团队成功地在250摄氏度的塑料基底上生产出了高性能的薄膜晶体管。…

利用生成性人工智能改造气候建模

  驱动生成性人工智能工具如DallE的算法,结合基于物理的数据,可以增强我们建模地球气候的能力。来自西雅图和圣迭戈的研究人员利用这一组合开发了一种模型,能够以比当前领先方法快25倍的速度预测气候趋势,覆盖一个世纪。 具体而言,这种名为球面扩散(Spherical DYffusion)的模型能够在仅25小时内预测100年的气候趋势,而其他模型通常需要数周的时间。此外,虽然现有的尖端模型依赖于超级计算机进行处理,但这个新模型可以在研究设施中找到的GPU集群上运行。 来自加利福尼亚大学圣迭戈分校和艾伦人工智能研究所的研究人员表示:“基于数据的深度学习模型正在变革全球天气和气候建模。”…

自组装的突破:研究人员揭示电子学的未来

研究人员提出了一种创新的方法来创建能够自我组装的电子设备。他们的初步实验成功地生产了二极管和晶体管,为开发更加复杂的设备奠定了基础,而无需传统的计算机芯片生产方法。 研究人员提出了一种创新的方法来创建能够自我组装的电子设备。他们的初步实验成功地生产了二极管和晶体管,为开发更加复杂的设备奠定了基础,而无需传统的计算机芯片生产方法。 “传统的芯片制造工艺由多个步骤组成,并依赖于高度先进的技术,这导致高昂的成本和漫长的时间,”北卡罗来纳州立大学材料科学与工程教授、研究论文的首席作者马丁·图霍(Martin Thuo)解释道。“我们的自我组装方法更快且更经济。我们还证明可以调整半导体材料的带隙,使这些材料对光响应,从而打开了创建光电子设备的可能性。” “此外,传统制造方法往往产生大量缺陷芯片,导致材料浪费。我们的方法表现出高产率,确保了更均匀的阵列生产并减少了浪费。”…

“揭开量子纠缠的神秘面纱:对质子行为的新见解”

  美国能源部(DOE)布鲁克海文国家实验室的研究人员以及合作伙伴开发了一种新方法,通过利用高能粒子碰撞的数据来研究质子。这种方法结合了量子信息科学的原理,分析电子-质子碰撞中产物的粒子轨迹如何受到质子内部发生的量子纠缠的影响。 研究结果表明,构成质子结构的基本成分夸克和胶子受到量子纠缠的影响。这一奇特现象被阿尔伯特·爱因斯坦称为“远距离的怪异行动”,暗示即使粒子相距遥远,它们也能感知彼此的状态——例如自旋方向。在这种情况下,纠缠发生在极短的距离内——单个质子内部不足一个万亿分之一米,同时信息在质子内部的所有夸克和胶子之间共享。 该团队最新的论文发表于《物理学进展报告》(ROPP)期刊,总结了一个为期六年的研究项目,详细阐述了纠缠如何影响在粒子碰撞中产生的稳定粒子在不同角度下的分布,在粒子碰撞中释放出的夸克和胶子结合形成这些新粒子之后。 对夸克和胶子之间的纠缠的新视角为我们理解质子内部结构增添了一层复杂性。这也可能为纠缠在其他科学领域中发挥重要作用提供有价值的见解。…

揭示分子秘密:BESSY II 的超快解离现象

一个国际团队在BESSY II观察到,当重分子(特别是溴氯甲烷)吸收X射线光时,它们会分解成更小的碎片。通过利用一种新开发的分析技术,他们成功地可视化了这一现象的超快速动态。当X射线光子击中分子时,会触发一种“分子弹射效应”:较轻的原子团首先被排出,如同从弹射器发射的投射物,而较重的原子——溴和氯——则以较慢的速度分离。 一个国际团队在BESSY II观察到,当重分子(特别是溴氯甲烷)吸收X射线光时,它们会分解成更小的碎片。通过利用一种新开发的分析技术,他们成功地可视化了这一现象的超快速动态。当X射线光子击中分子时,会触发一种“分子弹射效应”:较轻的原子团首先被排出,如同从弹射器发射的投射物,而较重的原子——溴和氯——则以较慢的速度分离。 当X射线与分子相互作用时,可能会从某些轨道中卸下电子,驱动它们进入高能态,从而导致化学键的断裂。这个过程通常发生得极快,仅在数个飞秒(10-15秒)之内。虽然在氨、氧、盐酸或简单碳化合物等较轻分子中已有所探讨,但对含有重原子的分子的研究仍然有限。…

量子混沌:揭示不可预测中的隐藏秩序

你在混乱中看到了哪些模式?这一点现在在微小的量子领域得到了证明。研究人员描述了一项实验,验证了四十年前提出的一项理论,表明被困在量子空间中的电子倾向于沿着共享路径移动,而不是形成无序的路径混乱。 你在混乱中看到了哪些模式?一个国际团队,由加州大学圣克鲁斯分校的物理学家哈伊罗·韦拉斯科(Jairo Velasco, Jr.)联合领导,已经在微小的量子领域展示了这一点。他们最新的研究成果,于11月27日发表在《自然》杂志上,概述了一项支持40年前所提出理论的实验,该理论表明,被限制在量子空间中的电子将遵循共同的轨迹,而不是形成混乱的轨迹。 电子展示了粒子和波的特性——它们不仅仅像球一样滚动。它们的行为常常令人惊讶;在某些情况下,它们的波可以重叠,以指导它们的移动形成特定的模式。物理学家将这些共享路径称为“独特的闭合轨道”。…

革命性人工智能:光子处理器在超快、节能计算中的承诺

研究人员创建了一种完全集成的光子处理器,能够利用光执行深度神经网络所需的所有基本计算,展示了在激烈的深度学习任务(如激光雷达应用、天文学研究和导航系统)中提高速度和能量效率的潜力。 深度神经网络模型为当今先进的机器学习应用提供动力,已经变得非常庞大和复杂,超出了传统电子计算硬件的能力。 光子硬件利用光进行机器学习计算,提供了更快和更节能的选择。然而,某些神经网络操作仍然需要离芯片电子产品或其他方法,这可能会减慢过程并降低效率。 在十年的研究基础上,麻省理工学院及其他机构的科学家们创造了一种新的光子芯片,消除了这些限制。他们展示了一种能够在芯片上光学执行深度神经网络所有重要计算的完全集成光子处理器。 该光学设备能够在不到半纳秒的时间内完成机器学习分类任务所需的计算,并达到超过92%的准确性,性能与传统硬件解决方案相当。…

揭示隐藏的秘密:古老黑洞可能潜伏在我们的星球生命中吗?

一项理论分析表明,在早期宇宙形成的小黑洞可能导致空的行星体和微小隧道,这促使研究人员建议在岩石和古老结构中寻找这些现象的证据。研究强调,我们应考虑大和小的可能性,以验证原始黑洞的存在,提出其证据可能以从宇宙中巨大的空心行星体到日常地球材料(如岩石、金属和玻璃)中微小的微观隧道等不同大小的形式表现出来。 当想象黑洞的形成时,许多人会想到一颗巨大的恒星耗尽燃料并崩溃。然而,早期宇宙的动荡条件可能促进了许多小黑洞的形成,早于第一颗恒星的出现。 数十年来,科学家们提出原始黑洞的存在,它们可能构成难以捉摸的暗物质,这种看不见的物质占据了宇宙质量的85%。 然而,迄今为止,尚未观察到任何原始黑洞。 一项由布法罗大学共同领导的最新研究主张探索它们存在的大和小迹象,声称证据可能像宇宙中的空心行星体那样宏伟,也可能像岩石、金属和玻璃等常见地球材料中留下的微小隧道那样微小。…

新证据挑战了金星上存在古代水的观点

一组天文学家发现金星从未能够支持生命,使长期以来的理论得以休止,这些理论认为我们最近的行星邻居可能曾经更像地球。 一组天文学家发现金星从未能够支持生命,使长期以来的理论得以休止,这些理论认为我们最近的行星邻居可能曾经更像地球。 剑桥大学的研究人员调查了金星大气的化学成分。他们得出结论,金星的内部目前太干燥,无法曾经包含足够的水以形成表面海洋。因此,金星在其整个历史中可能一直是一个极热和不适宜居住的世界。 这一发现发表于《自然天文学》杂志,具有重要意义,不仅有助于理解地球的独特性,还有助于寻找我们太阳系之外的行星生命的探索。尽管许多系外行星与金星有相似特征,但这项研究表明,天文学家应该将精力集中在更类似于地球的世界上。 从远处看,金星和地球几乎像双胞胎:它们大小相似,均为岩石行星。然而,近距离观察,金星则显得像个敌对的对手,被浓厚的硫酸云层包围,表面温度平均约为500°C。…

微小创新:纳米结构如何革命化机器人技术并复活迷你恐龙

利用“DNA折纸”,科学家们创造了开创性的纳米结构,这可能导致用于靶向药物递送的先进机器人。他们甚至制作了澳大利亚的迷你地图和微型恐龙。 悉尼大学纳米学院的研究人员通过设计和编程独特的DNA折纸纳米结构,在分子机器人领域取得了显著进展。 这一开创性技术在靶向药物递送系统、响应材料和节能光信号处理等多种用途上展现出前景。“DNA折纸”这个术语指的是利用DNA的自然折叠能力——生命的基本构建块——来创建新的有益生物结构。 为了展示他们的概念,研究人员成功构建了50多个纳米尺度的物品,比如“纳米恐龙”、“舞蹈机器人”和一个宽仅150纳米的迷你澳大利亚,这比人类头发的宽度要薄一千倍。 这项研究今天在著名期刊科学机器人上发表。…

突破性发现:研究人员征服200年历史的聚合物难题

研究人员推出了一种突破性的聚合物技术,改变了长期以来的工程原则,使材料能够同时结合柔韧性和刚性。 弗吉尼亚大学工程与应用科学学院的研究人员创造了一种新颖的聚合物设计,这挑战了聚合物工程中的既定信念。现在不再是一个理所当然的观点,即更刚性的聚合物必须在可伸展性上作出妥协。 “我们正在解决一个自1839年硫化橡胶发明以来被认为无法解决的核心问题,”材料科学与化学工程的助理教授蔡立恒分享道。 这一创新在查尔斯·古迪尔偶然发现将天然橡胶与硫加热的方法时产生,该方法形成橡胶分子之间的化学链。这个交联的过程形成了聚合物网络,将最初的可弯曲橡胶转变为强韧的弹性材料。 一个多世纪以来,人们始终相信,提高聚合物的刚度意味着要牺牲某种程度的可伸展性。…

革命性纳米图案铜氧化物传感器:超低氢检测的突破

一种新型氢气传感器提供了一种有效的方法来实时检测氢气泄漏,提高工业环境中的安全性。该传感器由含有空洞的纳米图案氢氧化铜(CuO)纳米线(NWs)构成,即使在非常低的浓度下也能识别氢气,响应时间、恢复速度和准确性相比早期的CuO传感器都有所提升。这一创新可以显著有助于在清洁能源倡议中更安全、更可靠地使用氢气。 随着我们向更可持续的能源来源迈进,氢气正逐渐受到关注。它可以像传统燃料一样燃烧,只产生水作为副产品,并可以通过燃料电池产生电力。然而,随着氢气的生产、使用和运输不断增加,安全问题也随之而来。氢气在仅4%的浓度下极易燃烧,并且无色无味,这使得泄漏检测变得复杂。 为了解决这些挑战,由东京科学研究所(Science Tokyo)Majima教授领导的研究团队创建了一种能够快速响应低浓度氢气的传感器。他们的研究成果发表于2024年11月5日的期刊Advanced Functional…