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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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利用营炉热量:为设备充电的游戏规则改变者

新的研究表明,使用营火炉为电子设备供电可能很快变得可行,这是一种您在户外活动时可能会携带的物品。研究人员正在研究如何利用这些炉子产生的额外热量来创建热声发动机。该发动机可以将热能转换为声能,而该声能随后可以转化为机械能或电能。当经过精细调试后,这些发动机的输出功率可以从几个瓦特到几千瓦特不等,具体取决于它们的尺寸。 露营是一个绝佳的时机,可以与科技断开联系,拥抱自然,但放弃一些必需的小工具(例如手机、收音机、灯笼和便携式充电器)可能会很困难。坎特伯雷大学的郭立现正在研究如何使用一个露营必备品——营火炉来为这些设备充电。 郭的研究集中在将由营火炉产生的多余热量转换为热声发动机(TAE)上。这些TAE有效地将热能转化为声能,然后又可以转化为机械能或电能。一旦优化,这些机器的功率输出可以从几十瓦到几千瓦不等,具体取决于它们的大小。 在2024年11月18日至22日举行的美国声学学会第187次虚拟会议上,郭将在11月20日分享关于由废热驱动的便携式户外发动机的数学模型的研究结果。 研究团队的工作包括对典型露营燃气炉产生的废热进行模拟和测试数据分析,旨在创建一个有效捕获废热的紧凑型户外TAE。…

神秘的管风琴和声:它们是否利用了自动调音的魔力?

  管风琴以其坚固的木质结构和雄伟的金属管道为特征,是音乐会厅和礼拜场所的重要存在。即使在沉默中,管风琴也会影响周围的声学空间。 华盛顿大学的研究员阿什莉·斯诺正在研究世界上最大的乐器种类如何影响它们所占用的音乐会厅的声学。 “主要的研究问题是:管风琴在多大程度上增强了声学环境?进一步的问题是,音乐在多大程度上塑造了这个声学空间,而声学环境又如何塑造音乐?”斯诺详细解释道。 在2024年11月18日至22日举行的美国声学学会第187届在线会议上,斯诺将在11月20日分享关于管风琴的共鸣和其对音乐会厅声学影响的研究结果。…

革命性的3D打印突破解决三重缺陷,实现无瑕金属部件

工程师们发现了一种方法,可以减少使用一种广泛使用的增材制造技术——激光粉末床熔融法——制造的部件中的三种不同类型的缺陷。 威斯康星大学麦迪逊分校的工程师们找到了一种新的方法,可以同时解决通过一种受欢迎的增材制造工艺——激光粉末床熔融法——制造的部件中出现的三种不同缺陷。 在威斯康星大学麦迪逊分校机械工程副教授陈连毅的指导下,研究团队发现了导致缺陷显著减少的机制,并确定了必要的加工条件。他们的研究结果于2024年11月16日发布在《国际机床与制造杂志》上。 “过去的大多数研究集中在修复一种类型的缺陷,这通常涉及采用额外方法来解决其他缺陷,”陈解释道。“有了我们所识别的机制,我们制定了一种可以同时处理所有类型缺陷——如孔隙、不平整的表面和大飞溅——的方法。此外,该方法还允许在不牺牲质量的情况下实现更快的生产。” 航空航天、医疗保健和能源等各个行业越来越希望采用增材制造或3D打印,来制造那些用传统技术难以或无法制造的复杂金属部件。…

创新添加剂为经济实惠的可再生能源储存解决方案铺平道路

作为应对长期能源存储挑战的一部分,威斯康星大学麦迪逊分校的工程师们开发了一种水溶性化学添加剂,增强了溴化物水溶液流动电池的效率,这是一种电化学存储。 随着太阳能和风能的快速增长,拥有安全且负担得起的电池来存储这种可能间歇性的可再生能源至关重要。 威斯康星大学麦迪逊分校的工程师们在解决长期存储问题方面取得了进展,创造了一种创新的水溶性添加剂,提升了溴化物水溶液流动电池的功能。 根据化学专业的最近博士毕业生帕特里克·沙利文表示:“基于溴化物的水溶液流动电池是一种潜在有效的解决方案,但它们面临几个复杂的电化学挑战。因此,我们目前看到的成功的基于溴化物的产品非常少。然而,我们的添加剂可以同时解决多个问题。” 与博士生崔侨勋和材料科学与工程的助理教授冯大维一起,沙利文参与了添加剂的开发,他们的研究于2024年10月23日发表在《自然》杂志上。…

革命性的人工智能:新训练方法增强代理的可靠性

研究人员创造了一种高效的方法,用于训练更可靠的强化学习模型,特别针对表现出变异性的复杂任务。这一进展有潜力拓宽强化学习在各个领域的应用。 许多领域,包括机器人技术、医疗保健和政治科学,正在致力于训练人工智能系统以做出重大决策。例如,运用人工智能智能管理繁忙城市的交通,可以帮助驾驶者更快地到达目的地,同时增强安全性和可持续性。 然而,训练一个人工智能系统做出有益的决策是具有挑战性的。 作为这些人工智能决策系统基础的强化学习模型,通常在处理它们所训练的任务即使是小的变化时也会遇到困难。例如,一个模型可能在管理速度限制、车道配置或交通流量不同的交叉路口时发现很困难。 为了提升强化学习模型在具有变异性的复杂任务中的可靠性,麻省理工学院的研究人员提出了一种更高效的训练算法。…

了解海上风电场对鲸鱼死亡率的影响

科学家们调查了2022-23年冬季在新泽西州海岸发生的鲸鱼死亡事件,并对该地区的勘测活动是否在这些死亡中发挥了作用表示担忧。海洋哺乳动物委员会表示,没有证据将鲸鱼的死亡与风能开发联系起来;许多死亡事件被归因于与船只的碰撞。然而,研究人员担心新泽西水域中勘测船的活动增加可能使情况变得更加严重。 在2022-2023年冬季,近十只鲸鱼在新泽西海岸附近的水域中死亡,接近提议建设风电场的区域。这一令人担忧的情况引发了对相关勘测工作可能影响鲸鱼死亡率的恐惧。 来自海洋保护研究的迈克尔·斯托克(Michael Stocker)计划于2024年11月21日星期四在美国声学学会第187次会议上展示他的研究成果,该会议定于2024年11月18日至22日召开。 为了实现清洁能源的愿景和降低碳排放,开发商越来越倾向于在美国东海岸水域安装风力涡轮机。现在已有三座离岸风电场在运营中,另外还有几座正在规划或建设阶段。这些风电场预计将产生大量无碳电力,帮助沿海州实现去碳化目标。…

以惊人速度的银河碰撞:每小时320万公里的遭遇

一个惊人的星系碰撞,因一个以每小时200万英里(每小时320万公里)的惊人速度移动而引发,已被地球上最先进的望远镜之一以惊人的细节拍摄下来。这个壮观事件发生在斯蒂芬五重星系,这是一个离我们较近的五个星系的团体,首次发现于将近150年前。碰撞产生了一股极其强大的冲击波,类似于“喷气式战斗机的音爆”,展现了宇宙中一些最令人印象深刻的现象。 一个惊人的星系碰撞,因一个以每小时200万英里(每小时320万公里)的惊人速度移动而引发,已被地球上最先进的望远镜之一以惊人的细节拍摄下来。 这个壮观事件发生在斯蒂芬五重星系,这是一个离我们较近的五个星系的团体,首次发现于将近150年前。 撞击产生了一股极其强大的冲击波,类似于“喷气式战斗机的音爆”——这是宇宙中最令人惊叹的现象之一。 斯蒂芬五重星系是“一个星系交叉口,早期星系之间的碰撞形成了一个复杂的碎片场”,现在被星系NGC…

创新涂料技术有望延长英国温室水果生长季节

新研发的喷雾剂由研究人员开发,可能显著增强英国农业并加强国家的粮食安全。 英国科学家设计了一种创新的温室玻璃喷雾剂,可以微调到达植物的光波长,从而促进植物更好的生长和更高的产量。这一进展可能使阳光较少的国家(如英国)以更加环保的方式实现更长的生长季节。 由于英国的气候和地理位置导致生长季节较短,我们在大多数水果和蔬菜上严重依赖于来自欧洲的进口。许多这些农产品是在依赖人工照明的大型温室中生产的,消耗大量电力。 巴斯大学和剑桥大学的研究人员与商业伙伴Lambda Agri合作,开发出一种温室喷雾剂,使英国农民能够在未来在保持相同或甚至更少能量的情况下增加作物产量。…

应对PFAS的创新方法:“永恒化学物质”挑战

研究人员发现了一种新的方法来分解PFAS,这些人工“永恒”化学物质因其防水特性而被认可,但与长期接触潜在健康风险相关。研究小组开发了一种有效的光催化系统,该系统利用室温下的LED光来拆解这些物质中存在的难以处理的碳-氟键。与需要高温才能获得类似结果的传统化学制造方法相比,这种创新系统效率更高。 科罗拉多州立大学的研究人员发现了一种新的方法来分解PFAS——已知因其防水特性而具有健康风险的合成“永恒”化学物质,这些风险源自于长期暴露。 PFAS(全氟烷基和多氟烷基物质)化合物中的碳-氟键因难以断裂而臭名昭著。这种耐用性导致它们广泛应用于医疗、工业和商业。然而,它们的持久性使得处置变得问题重重,导致全球水、空气和土壤污染,环保局(EPA)报告称。EPA指出,接触这些持久物质可能引发健康问题,包括癌症和生育挑战。 在最近发表于自然的研究中,科罗拉多州立大学的研究人员展示了一种由LED光驱动的显著光催化系统,该系统在室温下有效运作,以分解那些难以处理的碳-氟键。这一技术代表了传统化学过程的进步,传统过程通常需要高温才能达到类似结果。 科罗拉多州立大学的研究由化学系的加勒特·宫前教授带头。他与科罗拉多州立大学的罗伯特·帕顿教授和科罗拉多大学博尔德校区的尼尔斯·达姆劳尔教授合作进行这个项目。…

世界最纤细“意大利面”揭幕,化学家们展示创新

世界上最细的意大利面被开发出来,直径约为人类头发的200倍。 伦敦大学学院(UCL)的一组团队成功创造了世界上最细的意大利面,其直径约为人类头发的200倍。 这款意大利面并不是用于烹饪目的;而是由于超细材料纤维(称为纳米纤维)在医疗和工业等领域的广泛应用而设计的。 淀粉基纳米纤维是由许多绿色植物产生以储存葡萄糖,展现出在伤口愈合绷带(纳米纤维垫高度多孔,允许水分渗入同时阻挡细菌)、骨再生支架和药物输送系统等方面的巨大潜力。然而,其生产通常需要从植物细胞中提取和纯化淀粉,这个过程耗费大量能源和水。 研究人员提出了一种更可持续的方法:直接从富含淀粉的来源,如用于制作意大利面的面粉中生成纳米纤维。…

附近的超新星:暗物质追寻中的潜在游戏规则改变者

  轴子被认为是填充我们宇宙的神秘暗物质最有前途的候选者。天体物理学家正在积极寻找在超新星爆炸过程中可能产生的高质量轴子的信号。研究人员建议,检测这些轴子的一个快速途径是观察与邻近的核心坍塌超新星同时发生的伽马射线爆发。不过,要成功捕捉到这些不常见的事件,我们需要一个伽马射线望远镜网络。 揭开宇宙暗物质的探索可能在明天实现,前提是附近发生超新星,同时运气站在我们这边。 暗物质的真实性质困扰了天文学家近一个世纪,基于宇宙中85%的物质无法通过我们的望远镜探测到。目前,暗物质最受欢迎的候选者是轴子,这是一种轻质量粒子,全球科学家热切希望发现它。 加州大学伯克利分校的天体物理学家认为,我们可以在观察到来自邻近超新星爆炸的伽马射线后,仅仅几秒钟内检测到轴子。如果轴子确实存在,它们将在一颗大质量恒星核心坍塌成中子星的前10秒内以大量形式产生,借助于恒星强大的磁场逃逸并转化为高能伽马射线。…

革命性量子启发设计提升热电转换效率

莱斯大学的研究人员发现了一种创新方法,以增强热光电(TPV)系统的关键组成部分,这些系统通过光将热量转化为电能。由古鲁拉杰·奈克(Gururaj Naik)领导的工程团队应用了一种受量子物理启发的独特策略,开发出一种热辐射器,在实用设计限制内实现了高效率。 莱斯大学的研究人员发现了一种创新方法,以增强热光电(TPV)系统的关键组成部分,这些系统通过光将热量转化为电能。凭借根植于量子物理的独特方法,工程师古鲁拉杰·奈克及其团队创造了一种能够在现实设计参数内实现高效率的热辐射器。 这项研究可能为创造热能电力存储系统铺平道路,这种系统可能成为传统电池的经济高效的大规模替代品。从更广泛的角度来看,高效的TPV技术可以支持可再生能源的增长,这是实现净零未来的关键方面。此外,改进的TPV系统可以帮助回收工业操作中的废热,促进可持续发展。为了解释这一问题,大约20-50%的热量在将原材料转化为消费品的过程中被浪费,每年导致美国超过2000亿美元的经济损失。 TPV系统由两个关键组件组成:将光转化为电的光伏(PV)电池和将热转化为光的热辐射器。为了使这些系统高效运行,这两个组件必须以最佳方式工作;然而,大多数优化努力集中在PV电池上。…