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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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照明元素100:GSI/FAIR对锕系元素钙铀的激光研究

化学元素周期表的终点是什么,重元素是如何诞生的?一组国际研究人员通过在GSI/FAIR加速器设施和约翰·古腾堡大学美因茨的实验,在回答这些问题上取得了进展。他们探讨了含有不同中子数的铀氟(元素100)的原子核结构。利用先进的激光光谱技术,他们监测了核电荷半径的变化,发现随着中子的增加,核电荷半径不断增加。这表明,在这些重核中,局部核壳效应对核电荷半径的影响已减弱。他们的研究成果发表在科学期刊《自然》上。 铀(元素92)以上的元素,如铀氟(元素100),在地壳中自然不存在,必须通过人工合成进行研究。它们作为最重的自然元素与所谓的超重元素之间的桥梁,超重元素从元素104开始。超重元素的稳定性归因于量子力学壳效应,约占总核结合能的千分之二。这一小部分对于抵消正电荷质子之间的排斥力至关重要。 影响由质子和中子组成的原子核的量子力学现象由核壳模型描述。正如完整的电子壳层为原子提供化学稳定性和惰性,填满的核壳(由“魔法”数的质子和中子构成)显示出更大的稳定性。这导致更高的核结合能和更长的寿命。在较轻的核中,填充的核壳也已知会影响核电荷半径的趋势。 激光光谱技术使得微小的原子结构变化得以分析,从而获得关于核属性的见解,如反映质子在核内分布的核电荷半径。对同一元素的不同中子数的各种原子核的研究表明,除非跨越一个魔法数,否则核电荷半径会逐渐增加——在壳层关闭时,趋势发生明显变化。这一现象已在铅以前的较轻、球形原子核中得到记录。 重核结构的新见解…

提高效率:将人工智能训练中的能源浪费减少多达30%

密歇根大学最近的一项研究表明,一种更高效的训练大型语言模型(如GPT系列模型)的方法可以在相同时间内完成训练,同时节省高达30%的能源。 根据富国银行对人工智能能源需求的预测,这种新方法到2026年可能节省足够的能源,以供美国约110万个家庭使用。此外,它可能有助于缓解国际货币基金组织的预测,即数据中心可能在2027年占全球二氧化碳排放的1.2%,以及该能源消耗相关的水资源使用。 一些专家认为,对环境的潜在好处可能超过这些成本。他们建议,人工智能可以通过优化供应链、管理能源需求和增强气候变化研究来显著帮助应对气候变化。然而,不必要的能源消耗仍然是一个关注点,特别是因为一些用于训练AI的能源对训练持续时间和模型准确性没有实际影响。 “当没有任何好处时,为什么要浪费任何东西?”密歇根大学计算机与工程系副教授、30届操作系统原理研讨会研究的主要作者Mosharaf Chowdhury问道。…

微生物GPS:执法的游戏规则改变者?

一组研究人员创建了一种人工智能工具,可以通过分析微生物来追踪您最近的位置。此工具的功能类似于GPS,但它不是引导您前往酒店,而是跟踪细菌的地理来源。由此,它可以帮助确定一个人最近是否去过海滩、到达火车站或在森林中散步。这项创新对于医学、流行病学和法医学等领域具有令人兴奋的意义。 由瑞典隆德大学领导的一组研究人员开发了一种可以追踪您最近位置的人工智能工具。此工具的运作方式类似于GPS,但并非引导您前往酒店,而是识别微生物的地理来源。这意味着您可以辨别某人是否最近在海滩、在火车站下车或在树林中散步。这为医学、流行病学和法医学开辟了新的机会。 微生物,如细菌,是微小的生物实体,肉眼无法看见。微生物组一词指的是存在于特定环境中的所有微生物。找到微生物组样本的地理来源直到现在仍然很具挑战性。 在最近发表在《基因组生物学与进化》杂志上的一项研究中,研究人员介绍了微生物组地理种群结构(mGPS)工具。这一创新工具利用先进的人工智能技术将样本追溯到特定水体、国家和城市。研究小组发现,许多地点具有独特的细菌种群。这意味着,当您在火车或公交车站触碰扶手时,您会收集特定的细菌,这可以将您与该特定地点联系起来。 隆德大学的生物学研究人员Eran…

加速化学测试:速度与精度的策略

最近,DEFRA的危险物质咨询委员会(HSAC)提出的建议勾勒出了一条道路,可以使英国成为道德、安全和更具成本效益的化学测试的先锋,采用基于风险的监管方法,也称为下一代风险评估。 环境、食品和农村事务部(DEFRA)发布了一份关于在英国化学法规中纳入新方法论(NAMs)的建议报告。 该报告汇集了来自伯明翰大学、伦敦国王学院及HSAC成员的专家见解。 NAMs是利用尖端技术的创新测试方法。它们旨在通过提高毒理学研究的速度、可靠性和相关性,同时促进减少动物实验,来改善对危险物质的评估和监管。 研究结果表明,英国拥有高度先进的技术和科学能力,使其在全球领导化学安全评估中实施NAMs方面处于有利地位。…

创新的PFAS消除策略为半导体行业的扩展铺平了道路

一项最近的研究介绍了一种创新的电化学方法,用于在一个无缝的过程中捕捉、浓缩和消除各种称为PFAS的化学物质——特别是日益常见的超短链PFAS。这个突破有望解决日益严重的全氟和多氟烷基物质污染问题,尤其是在半导体制造中。 伊利诺伊大学厄本那-香槟分校的研究首次描述了一种电化学策略,用于在一个过程中捕捉、浓缩和破坏各种化学物质的混合物,这些化学物质被称为PFAS——包括越来越普遍的超短链PFAS。这一新发展有望应对工业上日益严重的全氟和多氟烷基物质污染问题,特别是在半导体制造中。 伊利诺伊大学的早期研究显示,短链和长链PFAS可以通过一种叫做电吸附的方法从水中去除。然而,由于超短链PFAS的尺寸小和独特的化学特性,这种技术对其效果不佳。最新的研究由伊利诺伊大学化学与生物分子工程系的肖苏教授领导,将一种称为氧化还原电透析的海水淡化技术与电吸附技术结合在一个装置中,旨在捕捉各种PFAS分子。 该研究的结果详见于《自然通讯》期刊。 苏解释说:“我们选择了氧化还原电透析,因为超短链PFAS在水中的行为与盐离子相似。我们的目标是创建一个高效的电透析系统,能够在处理长链PFAS的同时捕捉超短链PFAS,从而通过电化学氧化实现其破坏——这一切都在一个设备中完成。”…

微塑料:对云形成和气候模式的隐秘影响

科学家们在我们星球上一些最未被触碰的地方检测到了微塑料——小于5毫米的塑料小颗粒,包括马里亚纳海沟、珠穆朗玛峰顶部的雪,以及中国和日本的山云。这些微小的塑料还被发现存在于人类大脑、海龟和植物根部。近期研究显示,存在于大气中的微塑料甚至可能影响我们的天气和气候。 一项在期刊《环境科学与技术:空气》中分享的研究揭示,微塑料充当冰核颗粒,这些微小气溶胶有助于在云中形成冰晶。 这表明微塑料可能改变降水模式,影响天气预报,影响气候模型,甚至通过改变云的冰形成方式来影响航空安全,宾州州立大学的化学教授及该研究的主要作者米里亚姆·弗里德曼解释道。 “在过去的二十年里,研究微塑料的研究人员几乎在每个地方都发现了它们。这一发现为拼图又增添了一块,”弗里德曼说。“我们必须增强对它们如何与气候系统相互作用的理解,因为我们的发现表明,微塑料可以引发云的形成。” 在实验室实验中,研究团队调查了四种微塑料——低密度聚乙烯(LDPE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)——作为冷冻剂的表现。他们将这些塑料引入小水滴中,并逐渐冷却,以观察它们如何影响冰的形成。…

开发一种能够识别山羊面部疼痛表情的人工智能

一款人工智能模型成功识别出感到疼痛的山羊,这可能会增强对无法用语言沟通的动物和个人的治疗方法。 一只山羊因膀胱结石被送来,显示出不适和悲伤的迹象。 这只山羊甚至不愿意咀嚼食物。 这名患者确实是一只山羊。在接受膀胱结石的治疗过程中——这是这些小反刍动物常见的问题——它还在一项新的研究中发挥了关键作用,该研究旨在准确确定山羊及其他各种家养动物甚至未来可能的人类的疼痛水平。 佛罗里达大学兽医学院麻醉学的临床副教授卢多维卡·基亚瓦奇尼解释道:“通过解决动物疼痛的问题,我们也可以解决儿童和其他无法表达不适的个人的疼痛评估。”…

革命性航空:工程师设计氢燃料喷气发动机

未来将看到氢动力飞机在全球范围内起飞。为了实现这一目标,工程师需要创造将推动它们的喷气发动机。苏黎世联邦理工学院的研究人员进行的最新实验为这些发动机的强大与韧性奠定了基础。 欧洲正准备迎接由可持续方式生产的氢气驱动的环保飞行。去年,欧盟启动了一项项目,以协助工业和学术机构开发一种由氢气驱动的中程飞机。这涉及到对喷气发动机的改造,使其能够适应这种新燃料,而当前的发动机则是为煤油燃烧而优化的。 “氢气的燃烧速度明显快于煤油,这导致了更紧凑的火焰结构,”苏黎世联邦理工学院机械与过程工程系教授尼古拉斯·诺瓦耶(Nicolas Noiray)表示。这个特性必须在氢气发动机的设计中考虑。诺瓦耶团队的最新发现为此提供了重要的见解,最近发表在期刊《燃烧与火焰》(Combustion and…

革命性的生物传感:灵活纳米技术中模块化设计的力量

研究人员提出了一种新方法,使生物传感器可以很容易地定制以满足不同的使用需求。 慕尼黑大学的研究人员设计了一种方法,使生物传感器能够轻松定制以满足多种应用。 生物传感器在医学研究和诊断中至关重要;然而,它们通常需要针对每个特定应用进行独特开发。由慕尼黑大学化学家菲利普·廷内费尔德领导的研究团队提出了一种灵活的模块化方法,用于创建可以轻松修改以检测不同目标分子及其浓度水平的传感器。根据他们在《自然纳米技术》期刊上发表的研究发现,这种新型模块传感器可以极大加快创新诊断工具的开发速度。 该传感器利用由两个臂通过分子“铰链”连接的DNA折纸框架构成。每个臂都具有一个荧光染料标签,使用荧光共振能量转移(FRET)来测量这些标签之间的距离。当关闭时,两个臂平行排列;随着结构的打开,臂延伸形成高达90°的角度。“这一形状的显著变化导致荧光信号的明显改变,”该研究的高级作者维克托莉亚·格伦博基特解释道。“因此,信号的检测清晰度和准确性远高于依赖微小形状变化的系统。” 协同效应…

革命性电子产品:一种提高速度和效率的突破性材料

研究人员开发了一种突破性的材料,将在推动下一代高功率电子设备的发展中发挥关键作用,使其更快、更清晰和更高效。 来自明尼苏达大学的研究人员成功创造了一种新材料,预计将彻底改变下一代高功率电子设备,使其不仅更快,而且对可见光和紫外光透明,并且比以往更高效。 这项研究发表在《科学进展》杂志上,这是一本备受尊重的同行评审科学期刊,标志着半导体技术的重要进步,对于一个预计将在数字技术发展中扩展的万亿级全球市场至关重要。 半导体是几乎所有电子设备的基本组成部分,包括智能手机和医疗仪器。一个重要的进展领域是开发“超宽带隙”材料,这些材料能够在极端条件下高效导电。这些材料在高温下性能出色,使其对于开发更坚固耐用的电子设备至关重要。 在他们的研究中,科学家们旨在开发一种新的材料类别,具有更大的“带隙”,以增强透明度和导电性。这一非凡的创新支持了更快和更高效设备的创建,可能在计算机、智能手机甚至量子技术方面实现突破。…

在可再生能源储存应用中的开创性固态突破

科学家们正在通过研究一种新型电池如何发生故障来寻找成功的公式。他们的目标是设计一种风能和太阳能的长期储存方案,这些能源的生成是不均匀的,使这些源在电网中能够更可靠地被利用。 在奥克里奇国家实验室,研究人员专注于通过分析一种新型电池的故障来开发有效的解决方案。目的是创建一个风能和太阳能的长期储存系统,这些能源是在不规则的间隔中收集的。这一进展将促进它们在电网中的可靠整合。 电池通过存储和释放能量来工作,利用离子在电极之间的移动,通常通过液体电解质进行。然而,奥克里奇国家实验室的科学家们设计了一种电池,使用钠离子通过更坚固和能量密集的固体电解质移动,该电解质具有更好的导电性。 固体电解质被誉为电池技术的下一个重大突破,前提是研究人员能够解决了解它们在高负荷操作压力下的故障机制等挑战。奥克里奇国家实验室的团队在暴露于强大的X射线束时,进行了使用高电流或电压的实验。在阿戈尼国家实验室的先进光子源进行的这些测试中,科学家注意到了电解质孔隙中离子的沉积,导致形成可能导致短路的结构。 “这一洞察帮助我们找到方法来增强这种非常有前景的固体电解质材料,具有使可再生能源更长时间储存的潜力。”奥克里奇国家实验室的研究员李梦雅表示。

革命性技术释放化学家创造复杂分子结构的能力

仍在继续。 这篇文章最终在《科学》杂志上发表。 研究人员通过革新通常稳定的碳-氢(C-H)键的修饰过程,成功创造了一个复杂的天然分子。 科学期刊《科学》最近发表了这一重要进展,该研究由埃默里大学和加州理工学院的化学家们驱动。该研究展示了迄今为止在一系列C-H功能化反应中的最大成就,这些反应高效地将廉价材料转化为复杂的有机化学成分。 合成的圆筒环烃A(cylindrocyclophane…