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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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解开宇宙的奥秘:估计宇宙中生命可能性的一个新框架

在我们宇宙中,以及可能在其他理论宇宙中,智能生命出现的可能性可以使用一个新的理论框架进行估计,这个框架类似于著名的德雷克方程。这个方程是由美国天文学家弗兰克·德雷克博士在1960年代开发的,用于评估在我们银河系内可以被探测到的外星文明的数量。现在,60多年后,达勒姆大学的研究人员提出了一个新的模型,重点关注宇宙加速膨胀的影响和形成的星星数量。 在我们宇宙中,以及可能在其他理论宇宙中,智能生命出现的可能性可以使用一个新的理论框架进行估计,这个框架类似于著名的德雷克方程。 这个方程是由美国天文学家弗兰克·德雷克博士在1960年代开发的,用于评估在我们银河系内可以被探测到的外星文明的数量。 现在,60多年后,达勒姆大学的研究人员提出了一个新的模型,重点关注宇宙加速膨胀的影响和形成的星星数量。 这种膨胀被认为是由一种神秘的力量——暗能量驱动的,暗能量构成了宇宙的三分之二以上。…

生命的诞生:揭开第一个细胞膜的神秘面纱

很少有问题像地球生命的起源一样引起人类的兴趣。第一批活细胞是如何出现的?是什么使这些原始原细胞能够创造出细胞生存和演化成复杂生物所必需的基本膜?最近的研究揭示了一种基于两种简单分子相互作用的可信解释。 很少有问题像地球生命的起源一样引起人类的兴趣。第一批活细胞是如何出现的?是什么使这些原始原细胞能够创造出细胞生存和演化成复杂生物所必需的基本膜? 加利福尼亚大学圣地亚哥分校的化学和生物化学教授尼尔·德瓦拉吉实验室的最新发现提供了一种合理的解释,涉及两种基本分子之间的反应。这项研究已发表在《自然化学》上。 脂质膜是地球生命的基本要素;它们构成了细胞的结构,为细胞内部操作提供了空间,并支持各种生化反应。虽然脂质是由长链脂肪酸构成的,但尚不清楚这些初始细胞膜是如何由数十亿年前地球上存在的更简单的分子建立起来的。 研究人员相信,早期地球上存在短链脂肪分子,含有少于10个碳-碳键(而复杂的脂肪分子可能接近20个键)。然而,长链脂肪分子对于创建囊泡是必要的,囊泡是容纳细胞复杂机制的隔间。…

量子超导体的革命性洞察推动量子计算向前发展

一项近期研究揭示了电流在量子超导体中流动的显著行为,这可能会推动量子计算等技术的进步。 一项近期研究揭示了电流在超导体中流动的显著行为,这可能会增强未来控制量子信息处理的技术。 这项研究由印第安纳大学布卢明顿分校艺术与科学学院物理学教授巴巴克·塞拉谢和印度理工学院坎普尔的理论物理学家雷卡·库马里和阿里吉特·昆杜共同撰写。尽管这项研究是理论性的,研究团队通过数值模拟验证了他们的发现。该研究发表在物理学领域的领先期刊《物理评论快报》上,集中研究“弗洛凯特·马约拉纳费米子”及其对一种称为约瑟夫森效应的现象的影响。这项探索可能使驱动量子系统中的动力学实现更精确的控制。 量子计算的潜在进展 构建全规模的量子计算机面临一个主要问题:不稳定性。这种不稳定性主要来自“量子退相干”,这是一个过程,其中量子比特(或量子位)由于环境干扰,例如温度变化或电磁噪声,失去其敏感的量子状态。…

化石燃料:2024年二氧化碳排放激增

全球碳排放量在2024年达到了历史新高,全球碳项目团队的研究强调了这一点。 根据全球碳项目科学团队的新发现,全球来自化石燃料的碳排放在2024年达到了创纪录的水平。 2024年全球碳预算的预测估计,化石二氧化碳(CO2)排放量将达到374亿吨,比2023年增加了0.8%。 尽管迫切需要减少这些排放以缓解气候变化,但研究人员报告称,"没有迹象"表明化石CO2排放量已经达到峰值。 如果包括土地利用变化(如森林砍伐)造成的排放,2024年的总CO2排放预计将达到416亿吨,较前一年的406亿吨有所增加。…

光子时间晶体的革命性发现将改变光的操控和利用

这是全球研究团队首次成功创造出逼真的光子时间晶体——这些显著的材料大幅增强光的效果。这一重大成就为通信、成像和传感等领域的激动人心的新进展铺平了道路,使得更快、更紧凑的激光器、传感器及各种光学设备的发展成为可能。 芬兰阿尔托大学的助理教授维克塔尔·阿萨德奇表示:“这项研究可能会导致光子时间晶体的首个现实应用,将其推向实际使用,并有可能彻底改变多个行业。从高效的光放大器和复杂传感器到尖端激光技术,这项研究扩展了我们对如何管理光及其与物质相互作用的理解。” 光子时间晶体是一类独特的光学材料。与空间中具有重复结构的普通晶体不同,光子时间晶体在空间中保持均匀性,但在时间上表现出有节奏的振荡。这一独特特性导致了“动量禁带”,在这个禁带中,光似乎在晶体内部暂停,同时其强度随着时间呈指数增长。为了说明这种不寻常的相互作用,可以想象光在一种介质中穿行,该介质以惊人的频率在空气和水之间交替——这一现象挑战了传统的光学原则。 光子时间晶体的一种有前景的用途是在纳米传感中。 想象一下试图识别微小粒子,比如病毒、污染物或癌症等疾病的生物标志物。当被激活时,这些粒子将在指定波长下发出微量光。光子时间晶体可以自动捕获这些发出的光并放大,从而增强现有技术的检测效率,阿萨德奇解释道。…

利用机器学习识别高风险地下水位置以增强水质监测

一个跨学科的研究小组创建了一个机器学习框架,旨在仅使用有限数量的水质样本预测地下水中无机污染物的存在。这一创新工具使得监管机构和公共健康官员能够将水质检测工作集中在特定的含水层。 一个跨学科的研究小组创建了一个机器学习框架,旨在仅使用有限数量的水质样本预测地下水中无机污染物的存在。这一创新工具使得监管机构和公共健康官员能够将水质检测工作集中在特定的含水层。 这项初步研究在亚利桑那州和北卡罗来纳州进行,但在其他地区解决地下水质量显著空白方面也可能是有用的。 地下水是数百万人的重要饮用水来源,但它通常含有可能对健康构成风险的污染物。然而,许多地区没有完整的地下水质量数据集。 “监测水质既耗时又昂贵。您检测的污染物越多,成本和时间承诺就越高,”北卡罗来纳州立大学材料科学与工程系的共同通讯作者、神户钢铁杰出教授Yaroslava…

革命性的机器学习方法增强了海洋氧气耗竭监测的精度

使用历史船舶测量和Argo浮标的数据,研究人员开发了一种机器学习方法,以增强对海洋氧气水平下降的评估和理解。 氧气对所有生物体至关重要,尤其是多细胞生物,因为它有助于代谢有机物质并驱动生命过程。我们吸入的氧气大约有一半来自陆地植物,例如森林和草原,另一半则由海洋藻类通过海洋表面的光合作用产生。 世界各地的海洋氧气水平正在下降。专家怀疑这种下降与海洋表面的变暖及其对海水物理和化学的影响有关,尽管这一问题仍然没有完全理解。温度是影响氧气在海水中溶解的关键因素;随着水温升高,水体保存气体的能力降低。 乔治亚理工学院地球与大气科学学院的海洋学家和教授Taka Ito表示:“由于历史数据稀缺和时间不规则,确定海洋中丢失的氧气量是复杂的。要理解全球氧气水平及其波动,我们必须解决众多数据空白。”…

革命性的太阳比率用于解决天文学中的古老谜题

来自西南研究所(SwRI)的一支团队将来自古代天体的数据(如库珀带天体、 asteroids 和彗星)与最新的太阳数据集相结合。这一努力导致了对太阳成分的新理解,这可能首次使光谱学和日震学的结果相协调。日震学通过研究穿越太阳的波动来探索太阳的内部,而光谱学通过观察各种化学元素的光谱特征来分析太阳表面的组成。 来自西南研究所(SwRI)的一支团队将来自古代天体的数据(如库珀带天体、 asteroids…

解码细胞动态:超级计算机对内部管道消化的洞察

理解内质网在细胞回收中的角色 在细胞内,有一 vast network of…

架起桥梁:通过团结应对复杂性

  当活性丝状物体受到聚焦光线的照射时,它们往往会聚集并在照明区域的边缘形成稳定的形状。来自马普动力学与自组织研究所(MPI-DS)的研究人员创建了一个模型,模拟丝状活物质是如何自然组织起来的。这个模型为在建筑结构方面潜在的技术应用提供了宝贵的见解。 丝状蓝藻在最佳光照条件下聚集,利用光能进行光合作用。这些微生物通常形成由许多细胞组成的广泛链条。然而,这些丝状生物只能向前移动或退却——当它们离开照亮区域时,它们会改变方向,从而保持在光区内。MPI-DS的科学家们探讨了这种行为所产生的组织模式。他们发现,正是多个丝状物体之间的相互作用驱使蓝藻沿照明表面的内边缘对齐,形成稳定的结构。 为了研究这一点,研究人员在培养皿中准备并照亮了各种蓝藻样本。通过使用载玻片创造出不同的光模式,他们观察到细菌的自我组织。当使用圆形光模式时,细菌主要聚集在照亮区域的边界。同样地,当使用三角形、梯形或其他形状时,在光的边缘观察到了独特的丝状图案。“细菌能够围绕复杂形状和曲线进行组织,这一点令人着迷,即使它们的运动仅限于前进和后退,”MPI-DS的组长、康斯坦茨大学教授斯特凡·卡皮茨卡解释道。“这是一个经典的涌现现象的例子,其中一个有凝聚力的结构独立于个别丝状物体的简单行为而产生,”他补充道。 这些实验的发现及其结果模型同样适用于其他具有类似结构的生物实体。“我们的模型没有规定蓝藻的生物学细节,”研究的共同第一作者之一莱拉·阿巴斯普尔指出,与马克西米连·库尔扬共同合作。“这种集体行为也可以在类似系统中…

利用无线电波增强机器人的视觉:机器人技术的游戏规则改变者

研究人员推出了PanoRadar,这是一种创新工具,旨在增强机器人的视觉能力,使其能够利用基本的无线电波创建其周围环境的详细3D表示。 随着机器人可靠感知系统的发展,主要的障碍之一是在恶劣天气条件下的功能。传统的视觉传感器,如相机和LiDAR(光检测和测距),在浓厚的烟雾和雾霭环境中表现不佳。 自然界已经证明,视觉不仅仅依赖于光。各种生物已适应在没有可见光的情况下感知其环境;例如,蝙蝠使用声音回声进行导航,而鲨鱼可以检测由其猎物产生的电场。 无线电波的波长比光长得多,能够更有效地穿透烟雾和雾霭,甚至能够穿透某些材料——这些能力超出人类视觉。然而,机器人通常依赖于有限范围的传感器:它们可能使用相机和LiDAR,这可以提供清晰的图像,但在困难条件下不够强大,或者使用传统的雷达,它能够穿透障碍物,但只能生成低分辨率的图像。 对此局限性,一组来自宾夕法尼亚大学工程与应用科学学院(Penn…

银河演化:新见解挑战长期以来的理论

在早期宇宙中,广泛接受的星系形成模型表明,詹姆斯·韦布太空望远镜(JWST)将探测到早期小星系发出的微弱信号。然而,数据并不支持这一众所周知的理论,即不可见的暗物质帮助了第一批星星和星系的聚集。 来自凯斯西储大学的新研究于11月12日(星期二)在《天体物理学杂志》上发表,表明相反,最古老的星系既大又亮,与一种替代引力理论相符。这项研究对当前天文学家对早期宇宙的理解提出了挑战。 凯斯西储大学的天体物理学家斯泰西·麦高(Stacy McGaugh)表示:“暗物质理论所预测的与我们的观察结果不符。”他的论文讨论了早期宇宙中的结构形成。 作为凯斯西储大学的天文学教授和主任,麦高解释说,改良的引力可能影响了这些结构,而不是暗物质。他提到了一个叫做MOND(改良牛顿动力学)的理论,该理论在1998年预测,早期宇宙中的结构形成速度远快于冷暗物质理论所建议的λ-CDM。…