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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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革命性的电池研究：X射线显微镜的力量

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新的阴极材料当前正在被开发，以增强锂电池的容量。在这些材料中，多层富锂过渡金属氧化物（LRTMO）因其卓越的能量密度而脱颖而出。然而，由于结构和化学变化，这些材料在每个充电周期中都会出现容量降低。来自中国多个机构的一组研究人员利用BESSY II的X射线技术，以前所未有的精确度研究这些变化：通过一种专门的X射线显微镜，他们成功地捕获了纳米尺度上的形态和结构变化，同时也揭示了相关的化学转变。 目前，创新的阴极材料正在开发中，以提高锂电池的容量。多层富锂过渡金属氧化物（LRTMO）尤其因其高能量密度而备受瞩目。然而，由于结构和化学的改变，它们的容量在每个充电周期中都会减少。来自多家中国机构的研究人员最近首次使用BESSY II的X射线技术以显著的精度探索了这些变化：通过利用一种独特的X射线显微镜，他们在纳米尺度上观察到结构和形态的发展，并阐明了化学变化。 锂离子电池正在接近因新阴极材料而变得更强大的可能。例如，多层富锂过渡金属（LRTMO）阴极可能显著增强充电容量，并可用于高性能锂电池。然而，已经注意到这些阴极材料快速退化，主要是由于锂离子在充电和放电过程中的来回移动。迄今为止，关于这种退化的具体变化尚不清楚。…

沙漠启发的晶体：从空气中提取水的新突破

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研究人员创造了一种新型晶体材料，可以无需任何能源自然收集雾中的水。这种名为贾努斯晶体的创新设备，灵感来源于在干燥环境中繁衍生息的沙漠植物和动物。 一支来自吉林大学、纽约大学阿布扎比的智能材料实验室和智能工程材料中心的合作团队，在化学教授潘斯·瑙莫夫的指导下，开发了一种新型晶体材料，可以在无需任何能量输入的情况下从雾中收集水。 这些最前沿智能晶体的设计，被称为贾努斯晶体，是借鉴了适应恶劣气候生存的沙漠生物。例如，沙漠甲虫和蜥蜴已经进化出同时具有亲水性（水吸引）和疏水性（排水）的表面纹理，帮助它们从空气中捕获水分。亲水区吸引水分，而疏水区则促进水滴向收集区移动。 研究人员在最近发表在《美国化学学会杂志》上的一项名为“高效自感应动态贾努斯晶体空中水收集”的研究中详细描述了他们的发现。他们选择了三种具有不同化学特性的有机化合物，以生长柔性有机晶体。随后，他们评估了这些化合物对空气中水分的反应，导致新型集水贾努斯晶体的开发，这些晶体的表面具有亲水性和疏水性，旨在实现水分的积累和转移。这些贾努斯晶体能够高效地从空气中收集水分。它们纤薄且透光的形状允许科学家利用光实时观察雾滴的收集和凝结。 海水淡化是一种常见的技术，用于从盐水中创造饮用水，但它需要大量的能量来去除溶解的盐。相比之下，贾努斯晶体利用空气中水分或雾的自然凝结，这是一种可以在无需任何能量输入的自发过程，可能提供源源不断的清水供应。与以前的多孔有机晶体不同，贾努斯晶体在其表面集成了水收集和交付功能，提高了在环境条件下水收集过程的效率。…

野生动物保护中的创新策略：利用秃鹫和人工智能作为大自然的死亡侦探

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为了监测偏远地区的野生动物行为和环境变化，GAIA倡议创建了一种人工智能（AI）算法，能够有效且自动地使用动物标签数据对白背秃鹫的行为进行分类。作为食腐动物，秃鹫不断寻找尸体。在被标记动物和另一种AI算法的帮助下，科学家们现在可以在广阔的地形上准确定位尸体。这些算法在《应用生态学杂志》的最新出版物中进行了详细阐述，是一种旨在迅速而准确地识别重大环境变化或事件（如干旱、疾病暴发或非法猎杀野生动物）的早期预警系统的关键元素。 GAIA倡议由多个研究机构、保护组织和公司组成，致力于开发一种最先进的生态变化和关键事件的早期预警系统。这些新创建的AI算法由莱布尼茨动物园与野生动物研究所（Leibniz-IZW）、弗劳恩霍夫集成电路研究所（Fraunhofer IIS）和柏林动物园合作开发。 野生动物的死亡率是一个至关重要的生态过程——无论是通过捕食者成功狩猎等正常事件，还是由野生动物疾病、环境毒素或非法偷猎导致的异常事件。在研究哺乳动物群落和生态系统时，调查这些常规和异常的死亡案例至关重要。GAIA倡议利用白背秃鹫（Gyps africanus）的自然能力，以及先进的生物记录技术和人工智能。“我们创新的I³方法结合了三种类型的智能——动物、人工和人类，这使我们能够深入了解野生动物对生态系统的宝贵见解，”GAIA项目负责人、莱布尼茨-IZW研究员Jörg…

塑料袋禁令的持久影响：超越废除的探讨

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一项近期研究揭示，在德克萨斯州奥斯汀和达拉斯的杂货店及其他商店限制使用一次性塑料袋的努力导致消费者购买更多塑料袋的趋势，这一趋势即使在这些规定被解除后仍然持续。 环境法规在被撤销后仍可能产生持久的影响，其中一些可能与政策的原始意图相悖。 这些发现来自于发表在《市场研究杂志》上的研究，该研究由加州大学河滨分校的市场营销教授海·切共同撰写。该研究调查了旨在减少奥斯汀和达拉斯零售环境中一次性塑料袋使用的政策影响——这些政策最终被撤回。 值得注意的是，塑料袋法规所影响的行为在撤回后仍然持续，其中一些结果对环保努力产生了负面影响。 研究发现，当城市停止允许商店提供免费塑料袋以便消费者带回家时，塑料袋的销售激增。研究人员通过分析与消费者购买相关的条形码扫描数据来评估塑料袋的销售。…

无缝机器人运动

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人类和动物能够有效地移动而无需多加思考，这得益于它们身体自然的振荡方式。一种新的工具已经出现，利用这一理解，首次增强了机器人的运动。 当四足动物开始走动并逐渐加速时，它们最终会转变为小跑。这一过渡的发生是因为维持它们的初始步态需要更多的能量。这种关系在40多年前就被发现。最近，慕尼黑工业大学（TUM）传感器基础机器人系统和智能辅助系统教授阿林·阿尔布-沙费尔有效地将这一原则应用于机器人的运动。 专家将人类和动物中看到的节能运动称为“内在动态”。例如，当在坚硬的地面上行走时，它们会自动调整其肌肉的刚度。这些自动适应在人类和复杂机器人设计中都很难被察觉。 新工具隔离最有效的运动 然而，阿尔布-沙费尔教授在TUM的团队所创造的新工具使得这种识别成为可能。“这是我们第一次将这些高效的、内在运动量化。这个工具帮助确定系统的哪些动作是最有效的，”他们解释道。…

革命性空气质量监测：铒薄盘激光器在检测大气污染物方面的影响

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  甲烷与二氧化碳一起显著促进全球变暖。为了有效识别和追踪我们大气中的这些气候污染物，来自马克斯·普朗克光科学研究所（MPL）的科学家们开发了一种先进的激光技术。该系统利用强大的镱掺杂薄盘激光器驱动光参量振荡器（OPO），在短波红外（SWIR）光谱范围内产生稳定、高功率的脉冲。这一进展使研究人员能够检测和评估广泛的大气成分。这项创新技术对于监测温室气体循环和理解气候变化影响至关重要，最近在期刊《APL Photonics》中得到了强调。 短寿命污染物，如甲烷，是全球变暖的重要成分。甲烷的温室效应影响尤为显著，其效力是二氧化碳的25倍。然而，检测和观察这些污染物面临两个重大挑战。首先，水蒸气通过与许多气体的吸收谱在常用红外检测范围内重叠，复杂化了检测过程。其次，这些污染物的瞬态特性使其难以准确监测。通过专注于SWIR范围——甲烷在该范围内显著吸收而水吸收较低——新激光系统在检测中实现了无与伦比的灵敏度和准确性。 这一突破的关键组成部分是镱掺杂薄盘激光器，它以兆赫重复率发出高功率的飞秒脉冲。这一能力使该系统能够有效泵浦OPO，将激光脉冲转换为强度和功率都令人印象深刻的SWIR范围。OPO以泵浦激光器的双倍重复率工作，产生稳定、可调的SWIR脉冲，专为高灵敏度光谱任务量身定制。研究团队还结合了OPO输出的宽带高频调制，以增强信噪比，从而提高检测准确性。…

揭示火星之谜：火山洞穴如何为寻找外星生命提供线索

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通过对熔岩管的详细研究——在火山喷发后熔岩冷却形成的洞穴——一个国际研究小组发现了关于古代地球环境的重要见解，这对于寻找火星上的生命可能至关重要。 通过对熔岩管的详细研究——在火山喷发后熔岩冷却形成的洞穴——一个国际研究小组发现了关于古代地球环境的重要见解，这对于寻找火星上的生命可能至关重要。 来自美国南佛罗里达大学地球科学学院的教授博格丹·P·奥纳克与来自葡萄牙、西班牙和意大利的研究人员合作，强调熔岩管作为火星洞穴和寻找外星生命的信息模型的潜力。 在位于北非西部的西班牙兰萨罗特岛，团队调查了六个熔岩管以收集各种矿物沉积物。这些熔岩管有些广阔到甚至被用于地下音乐会。 “尽管兰萨罗特的熔岩管早在几年之前就被发现，但我们是第一批对其中的矿物和微生物进行如此广泛研究的团队，”奥纳克表示。…

革命性口服药物承诺缓解腹痛

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研究人员创建了一种新的口服止痛药，旨在缓解慢性腹痛。这种创新药物基于催产素，一种已知在分娩期间触发宫缩的肽类激素。 昆士兰大学的研究人员推出了一类新的口服止痛药物，旨在管理慢性腹痛。这一突破性成果利用了催产素，这种肽类激素在分娩宫缩中发挥了重要作用。 昆士兰大学分子生物科学研究所的副教授马库斯·穆滕塔勒（Markus Muttenthaler）带领团队改良了催产素的化学结构，以增强其在胃肠道中的稳定性。之前的研究揭示了这种激素在治疗腹痛方面的潜力。 穆滕塔勒博士强调了对新疗法的迫切需求，这些疗法用于治疗由肠胃疾病（如肠易激综合症（IBS）和炎症性肠病（IBD））引起的慢性疼痛。…

揭开蟹状星云斑马纹的谜团：全新视角

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来自堪萨斯大学的一位理论天体物理学家或许解开了近20年以来关于在蟹状星云中观察到的高频无线电辐射中的非同寻常的“斑马”模式的谜团。 他的研究最近发表在物理评论快报(PRL)中。 蟹状星云的核心是一颗中子星，它已成为一个直径12英里的脉冲星，向整个宇宙发射电磁辐射束。 “这种辐射类似于灯塔的光束，随着恒星的每次旋转不断扫过地球，”首席作者、堪萨斯大学物理与天文学教授米哈伊尔·梅德韦杰夫解释道。“我们观察到的是脉冲辐射，通常在每次旋转中包含一到两个脉冲。我所讨论的脉冲星被称为蟹脉冲星，位于蟹状星云的中心，距离我们6000光年。” 蟹状星云是1054年观察到的超新星残骸。…

“行动中的蚂蚁：多种食物来源的复杂开路技巧”

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研究人员发现，当觅食的蚂蚁寻找食物时，如果有可用的食物源，它们会创建连接其巢穴和多个食物来源的信息素轨迹。这是第一个解释这些通往多个食物来源的轨迹是如何产生的模型。 这是一幅熟悉的场景——蚂蚁在从巢穴到食物储藏处的直线上，绕过障碍物，跟随着侦察蚂蚁留下的气味轨迹。但是，当那些侦察蚂蚁发现丰富的食物源时，会发生什么呢？ 佛罗里达州立大学的一组研究人员，由数学助理教授巴尔戈夫·卡拉姆切德领导，发现了有关觅食蚂蚁行为的重大发现。他们发现，当存在多个食物选择时，蚂蚁会形成连接其巢穴与多个食物位置的信息素轨迹。这项研究结果促成了第一个模型的创建，以解释这些轨迹是如何形成的。 卡拉姆切德，同时也是佛罗里达州立大学分子生物物理学研究所的教职员工，与来自音乐艺术管理项目的研究生肖恩·哈特曼共同于九月在《数学生物学杂志》上发表了他们的研究成果，标题为“走这条路：在多个食物源环境中建模觅食蚂蚁的动态。” 卡拉姆切德说：“数学具有巨大的力量；它让我们能够创建重复实验观察数据的模型，并对未来结果做出具体预测。在这项研究中，我们发现了以前模型未能很好捕捉到的内容：当蚂蚁可以接触到多个食物源时，它最开始会为每个位置创建多个轨迹。”…

触摸未来：人工智能感知和分析表面的能力

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量子科学的进展利用人工智能可以精确测量微小的表面和距离，这对医学、制造等领域大有裨益。 基于人工智能的技术正在快速发展，以理解视觉信息、进行对话、执行计算，甚至创造内容。然而，它们在测量或“感知”表面这一需要机械熟练度的任务上仍然存在困难。 史蒂文斯学院的物理教授姚萌说：“人工智能由于计算机视觉和物体识别的进步，基本上获得了视觉能力，但还未开发出类似人类的触觉能力。例如，它无法区分粗糙报纸和光滑光亮杂志的质地。” 这一点已经改变，得益于史蒂文斯前沿的量子科学与工程中心（CQSE）的研究人员，他们最近展示了一种使人工智能能够模拟触觉的技术。 健康、生产等领域的精密计量…

“移动中的蚂蚁：自然觅食者的复杂开拓”

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研究人员揭示了觅食蚂蚁如何找到食物的新认识，它们通过留下信息素轨迹将自己的巢穴与可用的多种食物源连接起来。这个重要的发现促成了第一个模型的开发，该模型解释了蚂蚁如何在面对多个食物位置时创建这些轨迹。 这是一幅常见的景象——蚂蚁在有序的队列中从巢穴出发，穿越障碍物，朝着食物源前进，由侦查者留下的气味轨迹指引着它们的路径。但当这些侦查者发现了丰富的食物源时会发生什么呢？ 由佛罗里达州立大学的助理教授布哈戈·卡拉姆切德（Bhargav Karamched）领导的一个团队，发现了觅食蚂蚁寻找食物的重要机制。它们在可用的情况下，会留下连接巢穴和多个食物源的信息素轨迹。这项工作导致了一个开创性模型的创建，该模型解释了多条轨迹的形成。 卡拉姆切德也是FSU分子生物物理研究所的一员，他与音乐艺术管理研究生肖恩·哈特曼（Sean…
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