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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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利用人工智能预测河流流量与减轻洪水风险

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研究人员开发了一种利用人工智能的新方法，通过分析位于渥太华河上的两个水文监测站的历史数据以及各种天气相关因素，来增强短期河流流量预测。这种方法建立在一种名为数据处理组方法的现有算法之上，该算法专注于通过将数据分类和合并为组来创建预测模型。研究人员不断计算不同的数据组合，直到识别出最可靠的集合。 最近西班牙和其他地区的洪水突显了及时发出潜在洪水警告的重要性，这可以帮助保护生命和财产。发表在《水文学》期刊上的一项研究为通过康考迪亚大学研究人员打造的机器学习模型改进洪水撤离策略提供了见解。 博士候选人穆罕默德·阿尔梅特瓦利·艾哈迈德与建筑、土木和环境工程系主任塞缪尔·李一起，开发了一种创新方法，利用人工智能更精确地预测短期河流流量。 研究人员利用历史数据以及一组新的天气相关预测因子，测量渥太华河上两个水文监测站之间的平流（水流的速度）。他们使用距离约30公里的两个站的数据测试了他们的模型，其中下游站点已停用多年，而上游站点仍处于工作状态。 加拿大政府几十年来收集的历史数据，结合降雨量、温度、湿度和其他相关因素的信息进行增强。当这些变量输入到机器学习模型中时，它们生成了可靠的每日流量估计以及关于河流特定点水流的实时信息。…

突破性抗生素对抗耐药性感染

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抗菌药物在感染治疗中发挥着至关重要的作用。然而，细菌对现有药物产生耐药性的问题愈发严重——使其效果降低或者完全无效——突显了对新疗法的迫切需求。研究人员探索了一种有前景的抗菌治疗方法，这种方法源自一种改良版的darobactin，这是一种来源于细菌的物质。研究团队报告了在感染了像大肠杆菌这样的细菌的动物中成功的概念验证试验，这些细菌以对药物产生耐药性而闻名。 抗菌药物对于管理感染至关重要。然而，细菌对现有治疗手段产生耐药性的挑战不断增加——导致效果降低或完全无效——强调了对新药迫切的需求。在之前研究的基础上，科学家们在《ACS感染性疾病》上展示了一种潜在的抗菌治疗方法，该方法源自一种改良的darobactin，这是一种来源于细菌的化合物。该团队发表了关于由耐药细菌引起的感染（包括大肠杆菌）概念验证动物研究的结果。 这项研究是在世界卫生组织的世界抗微生物耐药（AMR）宣传周发布的，该周从11月18日至24日举行。 2024年早些时候，世界卫生组织修订了已知能够产生抗生素耐药性的细菌病原体列表，现列表中包括鲍曼不动杆菌、绿脓杆菌和大肠杆菌等。尽管迫切需要针对这些关键病原体的新抗生素，但可用的候选药物寥寥无几。一种有前景的抗耐药化合物是darobactin，这是一种自然存在于细菌中的抗生素。Darobactin可以结合到各种细菌细胞中的一个重要蛋白质上，最终导致它们死亡。此前，Rolf Müller、Jennifer…

驾驭天空：应对羽毛球漂移的技巧

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HVAC系统的气流和室内羽毛球场的交叉通风可以影响羽毛球的运动，这在比赛中尤为关键。新的研究表明，改变屋顶设计可以帮助减少风漂移的影响。研究人员建议重要的羽毛球比赛在具有通风开口的桶形屋顶的场地上进行。他们探讨了不同通风开口方向的桶形屋顶场馆的气流，并将其与平顶屋顶模拟进行比较，以评估屋顶形状的影响。 室内羽毛球场经常举办高风险比赛，但即使是封闭的场地也可能影响羽毛球的飞行。 场地的加热、通风和空调（HVAC）系统所产生的气流，以及交叉通风，大大影响比赛。轻便的羽毛球在场地内受到低风速的影响，容易受到一种被称为风漂移的现象的影响，这在赛事中引发了无数争议。虽然关闭通风系统可能很诱人，但这会导致运动员的不适和表现下降。 由AIP Publishing发表在Physics…

揭示单光子的迷人几何：一项革命性理论

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一个开创性的理论解释了光与物质在量子层面的相互作用，这使得研究人员首次能够准确地描述单个光子的特定形状。 在伯明翰大学进行的研究，发表在Physical Review Letters上，详细调查了光子的性质（光的基本粒子）。这项研究揭示了光子是如何由原子或分子产生的，以及它们如何受到周围环境的影响。 这种相互作用的复杂性创造了光在不同环境中存在和传播的无数方式。然而，这种广泛的可能性使得建立这些相互作用的模型极具挑战性，这是量子物理学家多年来一直在尝试解决的问题。…

增强光学显微镜图像：下一前沿

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通过对图像的计算处理， examined samples 在不同类型的光学显微镜下的复杂细节被揭示。尽管在这一领域取得了显著进展，但在图像对比度和分辨率等方面仍存在提升的机会。一种基于独特深度学习框架的新开发的计算模型在速度上超越传统模型，同时实现相同或更高的图像质量。 通过先进的计算图像处理，不同类型的光学显微镜下观察的样本的复杂细节被揭示。尽管在这一领域已有进展，但在对比度和分辨率等方面仍有改进的潜力。来自哈姆霍兹德累斯顿-罗斯托克研究中心（HZDR）和马克斯·德尔布吕克分子医学中心的研究人员创建的新计算模型比传统模型的性能更快，同时实现了相当或更好的图像质量。该模型被称为多阶段残差-BCR…

简化语言模型：提升移动设备和笔记本电脑的本地效率

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研究人员开发了一种压缩大语言模型（LLMs）所使用的大量数据的新方法，这具有增强隐私、减少能源消耗和降低成本的潜力。这种创新算法通过消除多余信息和降低LLM层中数据的精确度来工作。因此，这种简化版的LLM可以在智能手机或笔记本电脑等设备上本地存储和使用，其性能几乎与未压缩版本的准确性和细节相同。 大语言模型（LLMs）正越来越多地接管翻译、文本分类和客户服务等任务。然而，利用LLM的强大功能通常需要用户将请求发送到中央服务器，这一过程可能成本高昂、耗能大，并且往往速度较慢。 研究人员现在揭示了一种压缩LLM庞大数据的方法，旨在改善隐私、节省能源和降低成本。 这一新算法由普林斯顿大学和斯坦福工程学院的工程师创建，减少不必要的信息，并降低LLM结构中的精确度。这种更高效的LLM可以在智能手机或笔记本电脑等设备上本地保存并运行，同时保持与未压缩模型几乎相同的性能水平。 本研究的合著者、普林斯顿工程与应用科学学院院长安德里亚·戈德史密斯（Andrea…

提升海水淡化水回收率的复杂性：技术和环境障碍的深入探讨

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使用零液体排放（ZLD）来增强海水淡化的水回收是一种应对水资源短缺的日益增长的策略。然而，这种方法成本高、能耗大，并且可能带来环境挑战。研究人员致力于优化ZLD技术，以最小化成本、能耗和土地需求。 由于气候变化，水资源短缺问题日益严重。解决这一问题的潜在方案是海水淡化技术，它使我们能够利用海水。尽管前景广阔，海水淡化也引发了关于其环境影响、经济可承受性和可及性的担忧。ZLD技术旨在最大限度地从海水淡化的盐水中提取水，从而同时解决水短缺和海水淡化工厂的废物管理问题。然而，它带来了更高的成本和可能的环境后果。 在最近由西北大学工程学院的詹妮弗·邓恩（Jennifer Dunn）领导的研究中，研究人员使用了一种创新的优化模型来分析ZLD在海水淡化厂中的作用，以应对未来的水资源短缺。他们发现，虽然ZLD可以带来好处，但它在能量使用、盐水处置和低收入群体的经济可承受性方面涉及相当大的权衡。 在海水淡化过程中，海水通过一种膜进行处理，过滤掉盐分，产生淡水和浓盐水。ZLD有潜力提高从盐水中回收水的效率，并减少其体积，使处置问题变得不那么棘手。尽管以色列、澳大利亚和沙特阿拉伯等国家的海水淡化设施已经很常见，但大规模海水淡化所需的巨大的能量需求构成了主要的环境挑战。…

通过物理信息机器学习革新飓风预测

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研究人员正在利用机器学习更好地预测与热带气旋相关的边界层风场。传统的风暴预测方法依赖于在超级计算机上执行的大规模数值模拟，这些模拟处理大量观测数据，但经常会导致不准确或不完整的预测。相比之下，作者开发的机器学习算法整合了大气物理方程，使其能够更快且更准确地生成结果，同时使用更少的数据。 飓风，也称为热带气旋，可以造成严重破坏，摧毁整个城市并导致大量人员伤亡。造成其破坏性的重要因素是其不可预测性。由于这些天气事件的复杂性，准确预测飓风的强度及其登陆位置是一项艰巨的挑战。 本周，AIP Publishing在《流体物理学》上发表的一项研究介绍了来自香港城市大学的两位研究人员，他们运用机器学习技术更准确地建模热带气旋的边界层风场。 大气的边界层是最接近地球表面的一层，我们居住在其中。…

研究PFAS和微塑料：来自垃圾填埋场和污水处理设施的见解

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科学家发现，显著数量的微塑料和被称为PFAS的持久化学物质在垃圾填埋场和废水处理设施中循环，最终重新进入环境。 研究人员检查了来自伊利诺伊州四个垃圾填埋场的渗滤液——液体废物，以及与其连接的废水处理厂，以跟踪两种污染物的移动：微塑料和PFAS（全氟和多氟烷基物质）。 这项研究揭示了一个积极的方面：垃圾填埋场有效地阻止大部分塑料废物，而废水处理设施能够过滤出99%的微塑料和部分PFAS。然而，缺点是微塑料和PFAS积累在这些处理厂底部沉淀的污泥中，这些污泥随后需要其他处置方法。 研究结果发表在期刊《环境科学综述》中。 根据国家污泥数据项目，该项目由行业资金支持，约70%的伊利诺伊州废水设施的污泥被回收作为农业肥料，而30%则被送往垃圾填埋场。这表明，大量进入废水处理厂的微塑料和PFAS最终被释放回环境，伊利诺伊大学厄本那-香槟分校可持续技术中心的研究科学家约翰·斯科特解释说，他与另一位科学家安德烈斯·普拉达共同进行了这项研究。…

培养连接：一种基于生物的植物和真菌3D微血管网络开发方法

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研究人员采用植物根系和真菌菌丝制成的模具，创造了一种创新的方法来构建复杂的3D微流体网络。该团队在硅纳米颗粒中培养植物和真菌，然后去除植物，留下固态玻璃，形成了曾经生长根系的小型网络。 微流体技术在再生医学、微电子学和环境科学等多个科学领域变得越来越重要。然而，传统的微加工方法在规模和复杂网络的创建方面遇到挑战。在试图生产复杂的3D微流体网络时，这些挑战变得更加显著。 九州大学的研究人员提出了一种简便有效的技术，用于构建这种复杂的3D微流体网络。它们的灵感来自植物和真菌。通过使用硅纳米颗粒和纤维素基粘合剂制成“土壤”介质，研究人员促进植物和真菌的根系在此介质中生长。提取植物后，得到的玻璃结构展示了一个详细的3D微流体网络，内部充满了微米级的空隙，即原本根系生长的位置。 这种创新的方法还促进了3D生物结构的检查和保存，这些结构在传统土壤环境中通常难以研究，为植物和真菌生物学研究开辟了新的途径。他们的研究结果已发表在期刊Scientific Reports上。…

通过滑动种子解开灾难性滑坡的秘密

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研究人员正在探讨铲帕提种子如何在斜坡上滚动和弹跳。为了探索它们的运动和速度，团队在一个倾斜的表面上释放了一组种子，并使用相机捕捉它们的下滑过程。起初，这些种子逐渐扩散，但随着它们向下游移动，迅速聚集在一起，类似于岩石雪崩中观察到的行为。这项研究可能为地质流动提供重要的见解，特别是在岩石雪崩的快速扩散方面，并可能帮助应对相关的挑战。 铲帕提树的种子在尼泊尔具有重要的医疗、经济、社会和文化意义。儿童们也将其当作玩具。然而，对于一群物理学家来说，这些迷人的种子及其独特的在斜坡上滚动和弹跳的运动可能增强对滑坡和雪崩的理解，可能有助于拯救生命的研究。 在最近由AIP Publishing发表在《流体物理学》上的一项研究中，来自慕尼黑工业大学、加德满都复杂流动研究所和特里布万大学的合作团队考察了铲帕提在斜面上滚动和弹跳时的表现。他们提出这些种子可以作为研究地质流动的模型，特别是在易发生滑坡和雪崩的地区。 铲帕提种子具有复杂的设计，宽大的顶部和细长的椭圆形尾部形成一个坡度，这有助于它们在斜坡上滑动时的旋转和滚动动作。这种独特的运动模式引起了研究团队的兴趣。…

革新可再生能源：环保发电的突破

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研究人员提出了一种新颖的方法来培养适合能量收集目的的有机晶体。 来自爱尔兰利默里克大学的一个团队创造了一种新的有机晶体生长技术，这些晶体可以用于能量收集技术。 这项研究的重点是通过压缩氨基酸分子来收集能量，这些分子是人体内蛋白质的基本成分。 压电效应的概念源自希腊词“pressing electricity”，通常在陶瓷或聚合物中观察到，但也存在于人体生物分子中。…
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