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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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过时手机如何为智能城市提供动力并拯救海洋

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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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这款电池自毁：受《碟中谍》启发的生物可降解电源

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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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人工智能监管的未来：为什么牵绳比护栏更好

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许多关于人工智能安全监管的政策讨论集中在建立监管“护栏”的必要性上，以保护公众免受人工智能技术的风险。专家们现在认为，政策制定者应该要求“牵引绳”，而不是施加护栏。 许多关于人工智能安全监管的政策讨论集中在建立监管“护栏”的必要性上，以保护公众免受人工智能技术的风险。在《风险分析》期刊上发表的一篇新论文中，两位专家认为，政策制定者应该要求“牵引绳”，而不是施加护栏。 宾夕法尼亚大学监管项目主任、宾夕法尼亚大学凯里法学院教授凯里·科格利安尼斯和圣母大学计算机科学博士候选人科尔顿·R·克拉姆解释说，以管理为基础的监管（灵活的“牵引绳”策略）比规定性的护栏方法更有效，因为人工智能过于异质和动态，无法在固定的轨道内运作。作者写道，牵引绳“灵活且可适应——就像在社区遛狗时使用的物理牵引绳允许范围广泛的移动与探索。”牵引绳“允许人工智能工具在没有监管障碍的情况下探索新的领域。” 人工智能的各种应用包括社交媒体、聊天机器人、自动驾驶汽车、精准医疗、金融科技投资顾问等。虽然人工智能为社会提供了好处，例如仅举一个例子，能够发现经过良好训练的放射科医生可能会错过的癌性肿瘤证据，但它也可能带来风险。 在他们的论文中，科格利安尼斯和克拉姆提供了三个人工智能风险的例子：自动驾驶汽车（AV）碰撞、与社交媒体相关的自杀，以及通过各种应用和数字格式（如人工智能生成的文本、图像和视频）引发的偏见和歧视。…

预测水下滑坡在发生前

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一种预测水下滑坡的新方法可能会提高海上设施的韧性。 在海洋风电场、油气平台和其他海上设施下，存在着庞大的水下结构网络，包括管道、锚、提升管和电缆，这些都是利用能源的关键。但是，和陆地结构一样，这些海底建设也容易受到自然事件的影响，如水下滑坡，这可能会影响海下设施的生产力。 德克萨斯农工大学的研究人员现在可能能够利用水下场地特征数据准确预测海洋滑坡的发生。 “威胁陆上和海上设施的主要事件之一是滑坡：它们可以完全摧毁所有这些设施，”土木与环境工程系副教授泽农·梅迪纳-塞蒂纳说。“我们在论文中展示了，需要来自多个学科的信息以正确的顺序来更好地理解任何地方和时间滑坡发生的概率。” 在任何海上项目开始之前，例如油气作业或风电场，一个团队会收集关于海床、海床下及环境条件的信息。此场地特征有助于减轻潜在的地质危险，并为海上结构的设计、建造和安装提供信息。该过程涉及多名人员的协作，包括地球物理学家、地理信息技术专家、岩土工程师和地质学家。梅迪纳-塞蒂纳的模型校准方法利用场地特征信息来预测水下滑坡的发生。…

数千个传感器揭示地震引发声波的三维结构

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地震在地球上层大气中产生涟漪效应，这可能会干扰我们依赖的卫星通信和导航系统。科学家们现在利用日本广泛的全球导航卫星系统 (GNSS) 接收器网络，创建了由2024年能登半岛地震引起的大气扰动的首个3D图像。研究结果以独特的3D细节展示了声波扰动模式，并提供了新的见解，揭示了地震如何产生这些波动。结果发表在期刊《地球、行星与空间》上。 地震在地球上层大气中产生涟漪效应，这可能会干扰我们依赖的卫星通信和导航系统。名古屋大学的科学家及其合作者利用日本广泛的全球导航卫星系统 (GNSS)…

为设计师混合二维材料奠定基础

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材料科学家成功创造了一种真正的二维混合材料，称为石墨烯。一些最有前景的未来技术材料仅有一个原子厚——例如石墨烯，一种碳原子排列成六角形晶格的薄层，以其卓越的强度和导电性而受到珍视。尽管存在数百种这样的材料，但真正将它们融合成新的东西仍然是一个挑战。大多数努力只是将这些原子薄的薄片像纸牌一样堆叠，但这些层之间通常缺乏重大相互作用。 根据发表在《先进材料》上的一项研究，由莱斯大学材料科学家领导的国际研究团队成功创造了一种真正的二维混合材料，通过在单一、稳定的化合物中化学融合两种根本不同的二维材料——石墨烯和二氧化硅，称为石墨烯。 莱斯大学的博士生、该研究的第一作者萨斯维克·伊扬加表示：“这些层并不只是简单地叠放在一起——电子在其中移动并形成新的相互作用和振动状态，从而产生每种材料单独所没有的特性。” 更重要的是，伊扬加解释说，这种方法可以应用于广泛的二维材料，使设计用于下一代电子、光子和量子设备的二维混合材料的开发成为可能。 伊扬加说：“这为结合全新类别的二维材料开辟了大门——例如将金属与绝缘体或将磁体与半导体结合——以从基础上创建定制材料。”…

人工智能与博弈论相遇：语言模型在类人社交场景中的表现

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大型语言模型（LLMs）——如ChatGPT背后的高级人工智能——正越来越多地融入日常生活，协助完成诸如撰写电子邮件、回答问题，甚至支持医疗决策等任务。但是，这些模型能否像人类一样与他人协作？它们能理解社会情境、作出妥协或建立信任吗？来自慕尼黑亥姆霍兹中心、马克斯·普朗克生物控制论研究所和图宾根大学的新的研究表明，尽管今天的人工智能很聪明，但在社会智能方面仍有很多需要学习的地方。 大型语言模型（LLMs）——如ChatGPT背后的高级人工智能——正越来越多地融入日常生活，协助完成诸如撰写电子邮件、回答问题，甚至支持医疗决策等任务。但是，这些模型能否像人类一样与他人协作？它们能理解社会情境、作出妥协或建立信任吗？来自慕尼黑亥姆霍兹中心、马克斯·普朗克生物控制论研究所和图宾根大学的新的研究表明，尽管今天的人工智能很聪明，但在社会智能方面仍有很多需要学习的地方。 通过游戏理解人工智能行为 为了了解LLMs在社会情境中的行为，研究人员应用了行为博弈理论——一种通常用于研究人们如何合作、竞争和决策的方法。团队让包括GPT-4在内的各种人工智能模型参与一系列旨在模拟社会互动的游戏，并评估公平、信任和合作等关键因素。 研究人员发现，GPT-4在需要逻辑推理的游戏中表现出色——特别是在优先考虑自身利益时。然而，它在需要团队合作和协调的任务中挣扎，往往在这些领域表现不佳。…

研究加深了对细胞迁移的理解，这对潜在医学进展至关重要

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一项新研究结合了数学建模和先进成像技术，发现果蝇卵巢室的物理形状与化学信号结合，显著影响细胞的运动。细胞迁移在伤口愈合、免疫反应和癌症转移中至关重要，因此这项工作有潜力推动一系列医学治疗的发展。 想象细胞在复杂的迷宫中穿行，由化学信号和环境的物理景观引导。马里兰大学巴尔的摩县分校（UMBC）的一组研究人员对细胞如何在身体组织的迷宫中移动或迁移做出了重要发现，使用果蝇卵巢室作为模型系统。潜在的影响包括对癌症等疾病的更好理解和推动医学治疗的发展。 该研究发表在iScience上，团队结合了生物实验和数学，揭示了细胞迁移的新见解。通过将数学建模与先进成像相结合，团队发现卵巢室的物理形状，以及被称为趋化因子的化学信号，显著影响细胞的运动。 “这篇论文采取了跨学科的视角，数学框架与实验设计之间紧密合作，”UMBC数学家兼共同作者布拉德·皮尔西表示。“研究结果促进了这样一种观点：化学吸引物的复杂分布可以解释迁移运动中的具体变化。” 皮尔西的热情突出了该研究的创新方法，将精确的数学模型与实际的生物实验结合起来，揭示了以前不可见的模式。…

自然数学中，自由是基础。

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科学家们开发了一种统一理论，用于数学参数，称为规范自由度。他们的新公式将使研究人员能够更快、更自信地解释研究结果。这项发展可能对未来的农业、药物发现以及其他领域的努力具有基础性意义。 数字总是有趣的表述。年轻的数学学生会被教授多种策略，以便更轻松地解决问题。比较分数？找到一个公分母或转换为小数。当进行描述DNA、RNA或蛋白质序列活动的数学时，策略会变得更复杂。 在科学中，当你建立一个模型时，其参数决定了它的预测。然而，当不同的参数集产生相同的预测时，你该怎么办？将一半称为2/4或3/6——无论如何，结果都是相同的。在物理学中，这种参数集被称为规范自由度。它们在我们理解电磁学和量子力学中起着关键作用。令人惊讶的是，在计算生物学中，在尝试建模不同突变如何相互作用时，也会出现规范自由度。 现在，冷泉港实验室（CSHL）的定量生物学家开发了一种统一理论，用于生物序列模型中的规范自由度。他们的解决方案可能在植物育种和药物开发等方面有无数应用。 诚然，大多数人从未听说过规范自由度。那么，它们有多常见呢？当涉及到用于描述庞大遗传数据集的计算模型时，基本上无处不在，CSHL副教授贾斯汀·金尼（Justin…

新的二维量子传感器突破为磁场检测提供了新机会

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物理学家们通过展示二维材料作为下一代纳米级矢量磁测量的多功能平台，揭示了量子传感的突破。 剑桥大学的一个物理学家团队揭示了一项量子传感的突破，展示了在六角氮化硼（hBN）中利用自旋缺陷作为强大的室温传感器，能够在纳米尺度上检测矢量磁场。该研究的结果已发表在自然通讯上，标志着更实用和多功能的量子技术向前迈出了重要的一步。 “量子传感器使我们能够检测各种量的纳米尺度变化。在磁测量的情况下，量子传感器使得材料中电流流动和磁化等特性的纳米尺度可视化成为可能，从而导致新物理和功能的发现，”剑桥大学卡文迪什实验室的本研究共同第一作者卡门·吉拉多尼博士说道。“这项工作利用hBN，将这一能力提升到下一个水平。hBN不仅与纳米尺度应用兼容，而且相较于最先进的纳米级量子传感器提供了新的自由度。” 迄今为止，在常规条件下实现纳米级量子磁测量仅能通过钻石中的氮空位（NV）中心缺陷实现。尽管是一项强大的技术，但这些传感器受到其基本光物理的限制。特别是，NV中心是单轴传感器，磁场检测的动态范围有限。相比之下，剑桥团队开发的hBN传感器则没有这些限制，而是展示了具有大动态范围的磁场多轴传感器。 该团队的工作展示了这一新传感器的能力，同时提供了其有利传感特性的机制理解。重要的是，团队发现低对称性和偶然的激发态光学速率是动态范围和矢量能力的原因。…

当闪电袭击：闪电碰撞释放伽马射线暴

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一种多传感器检测到强烈的伽马射线闪光，这种闪光发生在两个闪电引导体碰撞时。通过广泛的辐射光谱观测，使得对这一极端事件中产生的电流进行精确测量成为可能，并且证明了伽马射线闪光在雷云与地面之间的闪电引导体碰撞之前就已发生。 闪电是一种自古以来就吸引人类注意的现象，提供了自然界力量和不可预测性的鲜明例证。尽管研究闪电可能具有挑战性，但科学家近年来在加深我们对这一极端景观的理解方面取得了巨大进展。 即将在科学进展上发表的一项研究，由大阪大学的研究人员主导，描述了首次观察到与闪电放电同步的强烈辐射爆发，称为地面伽马射线闪光（TGF）。 “研究源自闪电的TGF等极端过程的能力使我们能够更好地理解地球大气中发生的高能过程，”研究的第一作者和田裕树解释道。 此前假设TGF是由于闪电放电导致电子加速到非常高的速度而产生的。然而，由于这一现象的瞬态特性，仅持续几十微秒，使得确认这一假设变得困难。…

一种铁氧化物“氧海绵”用于高效的热化学氢气生产

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随着世界向可持续能源来源转变，“绿色氢”——不排放碳的氢气，已成为清洁能源的主要候选者。科学家们现在开发了一种新的基于铁的催化剂，将热化学绿色氢生产的转化效率提高了两倍以上。 随着人们对化石燃料驱动的污染和气候变化的日益关注，氢气作为一种清洁能源载体正在受到关注，它在燃烧时只排放水。在各种氢气生产途径中，热化学水分解——使用热能将水分解为氢和氧——被认为特别有前景。金属氧化物在这一过程中发挥着核心作用，它们周期性地吸收和释放氧，实际上充当了“氧海绵”。 然而，大多数传统氧化物存在一个关键限制：由于其热力学特性，它们需要极高的温度才能有效运作。这阻碍了它们的商业可行性。为了解决这一挑战，研究团队开发了一种新型缺铁镍铁氧体（Fe-poor NiFe2O4，简称NFO）。与传统氧化物通常依赖的非化学计量反应相比，后者只允许相对较小的氧吸收和释放，缺铁铁氧体展现出一种独特的相变机制，使得其即使在较低温度下也能显著提高氧的容量。实验结果表明，这种新型氧化物每克氧化物的水转氢转化效率达到了0.528%——是之前最佳材料0.250%基准的两倍多。 这项研究特别值得注意之处不仅在于开发了高效率催化剂，还在于团队成功揭示了其基础机制。研究人员使用一系列实验技术和计算模拟，首次识别出了铁氧化物材料中驱动氢气生产的“结构活性位点”。他们进一步揭示了两种铁位点之间的氧化还原摆动与氢气产率直接相关——这一见解可能指导未来更有效催化剂的设计。…

新量子可视化技术用于识别下一代量子计算材料

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科学家们开发了一种强大的新工具，用于寻找大型容错量子计算所需的下一代材料。这一重大突破意味着，研究人员首次找到了一种方法，能够最终确定某种材料是否可以有效用于某些量子计算微芯片。 爱尔兰科克大学（UCC）的科学家们开发了一种强大的新工具，用于寻找大型容错量子计算所需的下一代材料。 这一重大突破意味着，研究人员首次找到了一种方法，能够最终确定某种材料是否可以有效用于某些量子计算微芯片。 这一重要发现今天已在学术期刊Science上发表，这得益于一个大型国际合作项目，包括加利福尼亚大学伯克利分校的李东海教授的理论工作，以及圣路易斯华盛顿大学和马里兰大学的冉胜教授和约翰皮埃尔·帕格里昂教授的材料合成。 使用仅在全球三个实验室中找到的设备，位于UCC的戴维斯小组的研究人员能够明确确定已知超导体二硒化铀（UTe…

聆听电子的对话

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研究人员展示了锂样锡中束缚电子的 g 因子的新的实验和理论结果，该元素的核电荷比以往任何测量的都要高。实验精度达到了每十亿分之0.5。通过增强的电子间量子电动力学方法，g 因子的理论预测精度达到了每十亿分之6。 来自…
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