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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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自闭症特征塑造我们的探索方式

根据本周在《PLOS计算生物学》上发表的一项新研究,来自荷兰拉德布德大学的弗朗切斯科·波利及其同事们发现,具有更强自闭症特征的人在计算机游戏中表现出明显的探索模式和更高的坚持性,最终表现优于自闭症特征得分较低的人。 科学家们知道,个体展现出好奇心并探寻环境以学习。一个人选择他们想要探索的内容在学习中扮演着关键角色,研究表明探索水平在个体之间高度可变。 在这项新研究中,研究人员在一个以好奇心驱动的探索任务中测试了77名大学生,参与者必须学习多个角色的藏身模式,以预测他们将出现的地方。自闭症特征的水平使用自我报告和家长报告的社会行为问卷分别进行评估。 得分较低的自闭症特征的人在坚持性上较低,他们在探索的早期阶段通过与角色的互动寻求学习机会。得分较高的自闭症特征的人则更坚持并探索更长时间,甚至在学习不容易的时候。在这项任务中,这意味着他们的表现更好。 “这项研究强调了认识到个体,尤其是那些具有自闭症特征的人,可能拥有独特的探索和学习策略的重要性。这一认识可以指导教育工作者和政策制定者制定更有针对性的学习环境,”作者说。…

使用高灵敏度接收器实现更快的太空通信

在太空探索中,远距离光学链路现在可以用来通过光将图像、电影和数据从太空探测器传输到地球。但是为了确保信号能够到达目的地,并在途中不被干扰,需要极其敏感的接收器和无噪声放大器。现在,瑞典查尔梅斯理工大学的研究人员创建了一个系统,通过一个无声放大器和记录灵敏的接收器,为更快和更好的太空通信铺平了道路。 在太空探索中,远距离光学链路现在可以用来通过光将图像、电影和数据从太空探测器传输到地球。但是为了确保信号能够到达目的地,并在途中不被干扰,需要极其敏感的接收器和无噪声放大器。现在,瑞典查尔梅斯理工大学的研究人员创建了一个系统,通过一个无声放大器和记录灵敏的接收器,为更快和更好的太空通信铺平了道路。 太空通信系统越来越多地基于光学激光束而不是无线电波,因为在长距离传输信息时,使用光的信号损失被证明更小。但是,即使是通过光传输的信息也会在旅途中失去能量,因此太空通信的光学系统需要极其敏感的接收器,能够感知到在到达地球之前已经大大减弱的信号。查尔梅斯研究人员的光学太空通信概念为太空中的新通信机会和发现打开了大门。 “我们可以展示一个新的光通信系统,其接收器的敏感度超过了以往在高速数据率下的演示。这意味着你可以在非常长的距离上更快且更无误地传输信息,例如当你想从月球或火星向地球发送高分辨率图像或视频时。”查尔梅斯光子学教授以及这项最近在科学期刊Optica上发表的研究的主要作者之一彼得·安德雷克森说道。 简化发射器的无声放大器改善了通信…

可以将衣物变为充电站的丝线

想象一件毛衣,可以为电子设备供电以监测你的健康,或在跑步时为手机充电。这一发展面临挑战,因为缺乏既能稳定导电又适合纺织品的材料。现在,一个研究小组由瑞典查尔默斯科技大学领导,展示了一种普通的丝绸纱线,涂上一种导电塑料材料,显示出将纺织品转变为发电机的良好特性。 热电纺织品能够将温度差异(例如我们身体与周围空气之间的温度差)转化为电势。这项技术在我们的日常生活和社会中可以带来很大的好处。与传感器连接后,这些纺织品可以为这些设备供电,而无需电池。这些传感器可以用来监测我们的运动或测量我们的心跳。 由于这些纺织品必须紧贴身体穿着,因此所使用的材料必须满足安全性和灵活性的高要求。研究人员测试的丝绸纱线有一层由导电聚合物制成的涂层。这是一种塑料材料,其化学结构使得材料具有电导性,并且非常适合用于纺织品。 “我们使用的聚合物既可弯曲,又轻便,在液体和固体形态中都易于使用。它们也是无毒的。”查尔默斯科技大学化学与化学工程系的博士生马里亚维托里亚·克雷赫罗说,她是最近发表的一项研究的第一作者。 增强的稳定性和导电性…

一种用于通过3D图像重建保护文化遗产的新型神经网络

浮雕类型的文化遗产物品在全球许多历史遗址中常见,但往往遭受不同程度的损坏和退化。传统的图像重建方法需要大量的手工劳动和专业知识。现在,研究人员开发了一种新型神经网络模型,可以从包含其损坏前信息的旧照片中重建这些浮雕的三维数字图像。这项创新技术为珍贵文化遗产物品的准确数字保存铺平了道路。 浮雕类型的文化遗产物品在全球许多历史遗址中常见,但往往遭受不同程度的损坏和退化。传统的图像重建方法需要大量的手工劳动和专业知识。现在,研究人员开发了一种新型神经网络模型,可以从包含其损坏前信息的旧照片中重建这些浮雕的三维数字图像。这项创新技术为珍贵文化遗产物品的准确数字保存铺平了道路。 浮雕雕刻或浮雕雕塑是文化遗产物品,其图案从背景(如墙壁或石板)突起,形成深度感。通常在全球历史遗址中发现,这些艺术品被认为具有巨大的历史和文化价值。不幸的是,世界各地许多文化遗产地点的浮雕雕刻随着时间的推移遭受不同程度的损坏和退化。虽然现代3D扫描和摄影测量技术可以数字保存它们的当前形态,但无法恢复这些雕刻在损坏前的原始外观。此外,传统的修复方法繁琐,需要大量手动干预和专业知识。 一种前景看好的方法是从旧照片中进行这些浮雕的3D数字重建,这些照片是在损坏或退化之前拍摄的。与3D雕塑或2D画作不同,浮雕的深度较浅,且旨在从正面或两侧观看。这意味着一张单一的图像可以有效提供3D数字重建算法所需的大部分信息。 在一次突破性的研究中,由日本立命馆大学信息科学与工程学院的田中聪教授领导的一个跨国研究团队,以及来自中国北京科技大学的潘骁博士,开发了一种创新的多任务神经网络,利用旧照片进行浮雕的3D重建和数字保存。“之前,我们提出了基于单目深度估计的旧浮雕3D重建方法。尽管我们达到了95%的重建精度,但更精细的细节,比如人脸和装饰仍然缺失。这是因为2D浮雕图像中深度值被高度压缩,使得在边缘提取深度变化变得困难。我们新方法通过使用新颖的边缘检测方法,特别是在柔和边缘上增强深度估计来解决这个问题,”田中教授解释道。…

来自有机半导体方面的自旋电流观察

研究人员成功观察到自非磁性侧从器件中转移和生成自旋电流的效应,使用由铁磁层和有机半导体材料组成的多层器件。电子在没有电荷的情况下也会自旋,这种在凝聚态物质中的运动构成了自旋电流,这引起了对下一代技术(如存储设备)的大量关注。由大阪市立大学领导的研究小组在自旋电子学领域能够对此重要主题获得进一步的洞察。 为了研究自旋电流的特性,大阪市立大学研究生院科学系教授金本胜一的团队设计了由铁磁层和有机半导体材料组成的多层器件。通过采用一种长自旋弛豫时间的掺杂导电聚合物,团队成功观察到了自非磁性有机半导体侧的自旋传输和自旋电流生成的效应。 长自旋弛豫时间不仅提高了自旋电子学的效率,还使得直接观察有机层侧由于自旋电流生成而引发的现象成为可能。此外,研究人员发现,与一般认可的理论相反,使用长自旋弛豫时间的有机半导体的器件系统中,自旋电流供应层的铁磁共振测量宽度轻微缩小。 “有机半导体的使用使得从非磁性层侧探寻物理特性成为可能,以前对此没有任何信息,”金本教授解释道。“我们的工作可以被期望能对自旋电流特性的更深入理解做出贡献。” 研究结果发表在《先进电子材料》期刊上。

伊利诺伊州新研究探讨采用机器人除草来对抗超级杂草

美国的大多数玉米和大豆田使用的是耐除草剂的作物品种。然而,超级杂草的演变,使其对常见除草剂产生了抗性,正在危及当前的杂草管理策略。用于机械除草的农业机器人是一项新兴技术,可能提供解决方案。一项新的研究考察了更有可能采用除草机器人以及在哪一阶段抗性发展的农民和田地类型。 美国的大多数玉米和大豆田使用的是耐除草剂的作物品种。然而,超级杂草的演变,使其对常见除草剂产生了抗性,正在危及当前的杂草管理策略。用于机械除草的农业机器人是一项新兴技术,可能提供解决方案。伊利诺伊大学厄本那-香槟分校的一项新研究考察了更有可能采用除草机器人以及在哪一阶段抗性发展的农民和田地类型。 “对除草剂的专一依赖已经导致了超级杂草的出现,而我们在新作用机制方面没有任何新管道。如果化学控制方法失效,可能会导致每年数百万美元的作物损失,”对应作者、农业、消费者和环境科学学学院(ACES)农业和消费者经济学教授、伊利诺伊可持续性、能源和环境研究所主任马杜·卡纳(Madhu Khanna)说。 小型、轻巧的机器人在树冠下运作,效率高,劳动力强度低,且环保。它们通过在土壤中拉动锄头,从而扰动杂草种子的发芽。这些机器人尚未为玉米和大豆商业化,依靠人工智能进行自动化和导航。…

利用自主机器人进行鲸鱼追踪和会合的新方法

今天,一个研究团队提出了一种新的强化学习框架,利用自主无人机寻找抹香鲸并预测它们将出现的位置。 CETI项目(鲸类翻译倡议)旨在收集数百万到数十亿高质量、高度情境化的声音,以便理解抹香鲸是如何沟通的。但找到鲸鱼并知道它们将出现的地方以捕捉数据是具有挑战性的——这使得很难附加监听设备并收集视觉信息。 今天,由哈佛大学约翰·A·保尔森工程与应用科学院(SEAS)计算机科学助理教授斯蒂芬妮·吉尔(Stephanie Gil)领导的CETI项目研究团队提出了一种新的强化学习框架,利用自主无人机寻找抹香鲸并预测它们将出现的位置。 这项研究发表在科学机器人学上。…

荷兰城市之间的基本量子网络链接

研究人员已经证明了量子处理器之间在城市范围内的网络连接。他们的结果标志着实验室早期研究网络朝着未来量子互联网的关键进展。该团队开发了完全独立操作的节点,并将其与部署的光纤互联网集成,实现了25公里的量子链接。国际研究团队由QuTech领导,已经展示了量子处理器之间在城市范围内的网络连接。他们的结果标志着实验室早期研究网络朝着未来量子互联网的关键进展。该团队开发了完全独立操作的节点,并将其与部署的光纤互联网集成,实现了25公里的量子链接。研究人员在《科学进展》期刊上发表了他们的发现。 互联网允许人们在全球分享信息(比特)。未来的量子互联网将能够在一种新类型的网络上分享量子信息(量子比特)。这些量子比特不仅可以取值0或1,还可以是这两者的叠加(同时为0和1)。此外,量子比特可以纠缠,这意味着它们共享一种量子连接,能够实现瞬时相关性,无论距离多远。 全球的研究人员正在努力建立利用这些特性来提供根本新通信和计算能力的量子网络,与当前互联网共存。例如,量子比特可以生成安全的加密密钥,以安全共享财务或医疗数据。量子链接还可以连接远程的量子计算机,增强它们的计算能力,并让用户以完全隐私的方式访问。 走出实验室 由Ronald…

新的ESO图像捕捉到天空中的黑色狼

在万圣节期间,欧洲南方天文台(ESO)揭示了一幅惊悚的暗星云图像,创造了狼形剪影在色彩缤纷的宇宙背景下的错觉。恰如其分地被昵称为暗狼星云,它在智利ESO帕拉纳尔天文台的VLT巡天望远镜(VST)拍摄的2.83亿像素图像中被捕捉到。 在天空的银河中心附近的天蝎座中,暗狼星云距离地球约5300光年。该图像占据的天空区域相当于四个月亮,但实际上是一个更大星云的一部分,叫做甘姆55。如果你仔细看看,狼甚至可能是狼人,它的手准备抓住毫无防备的路人…… 如果你认为黑暗等于空虚,再想想。暗星云是寒冷的宇宙尘埃云,密度如此之大,以至于遮蔽了后面恒星和其他物体的光。正如其名字所暗示的那样,它们不发出可见光,这与其他星云不同。它们内部的尘埃颗粒吸收可见光,仅让长波辐射通过,例如红外光。天文学家研究这些冻结尘埃的云,因为它们通常包含正在形成的新星。 当然,追踪天空中狼的幽灵般的存在仅在其与明亮背景形成对比时才有可能。该图像以惊人的细节显示了暗狼如何在其后发光的恒星形成云中脱颖而出。五彩缤纷的云主要由氢气构成,在新生恒星发出的强烈紫外辐射激发下,呈现出红色调的光辉。 一些暗星云,如煤包星云,可以用肉眼看到,并在第一民族如何解读天空中发挥关键作用,但暗狼星云则不可见。该图像是使用VLT巡天望远镜的数据创建的,该望远镜由意大利国家天体物理研究所(INAF)拥有,并位于智利阿塔卡马沙漠的ESO帕拉纳尔天文台。该望远镜配备了一种专门设计的相机,以可见光绘制南半球的天空。…

宇宙中旋转最快的恒星之一

新的研究揭示了我们的银河系中一颗中子星,它以极高的速度绕其轴心旋转。它每秒旋转716次,使其成为有史以来观察到的旋转速度最快的天体之一。 新的研究揭示了我们的银河系中一颗中子星,它以极高的速度绕其轴心旋转。它每秒旋转716次,使其成为有史以来观察到的旋转速度最快的天体之一。 银河系仍然隐藏着宇宙的许多秘密。现在,丹麦技术大学(DTU)的研究人员利用安装在国际空间站(ISS)上的X射线空间望远镜,揭示了其中一个秘密。这是一颗小但极其大质量和快速旋转的天体——一颗中子星,属于所谓的“X射线双星系统”,名为“4U 1820-30”。它位于射手座星座,朝着我们银河系的中心。 “我们正在研究这个系统的热核爆炸,然后发现了惊人的振荡,表明中子星以惊人的每秒716次的速度绕其中心轴旋转,”丹麦技术大学空间部高级科学家Gaurava…

磁学的革命性进展为量子计算和超导体铺平道路

物理学家们所取得的突破为对先进材料中磁性和电子相互作用的新见解铺平了道路,这可能会显著改变量子计算和高温超导体等领域。 由郑仁和易铭领导的莱斯大学物理学家团队在铁锡(FeSn)薄膜方面取得了重大发现。该研究正在重新定义我们对 kagome 磁体的理解——这些材料以一种传统编织图案命名,具有独特的晶格结构,可以产生非凡的磁性和电子行为,这归因于电子波函数的量子破坏性干涉。 结果于…

莎士比亚猴子的无限不可能性:一种宇宙限制

研究表明,猴子随机敲打出莎士比亚作品所需的时间将超过我们宇宙的生命周期。 根据无限猴子定理,一只猴子无限期地随机按压打字机的键,最终可能仅凭偶然敲出莎士比亚的所有作品。 这个著名的假设场景常用于解释概率和随机性的概念,说明了偶然性如何导致惊人的结果。它的概念出现在流行文化中,包括《辛普森一家》和《银河系漫游指南》等节目,以及TikTok等平台。 尽管有这样的说法,但最近的研究表明,猴子随机重现莎士比亚的所需时间是不可想象的庞大——远远超过对宇宙寿命的当前估计。因此,虽然定理有一定的真实性,但也可能相当误导。 悉尼科技大学(UTS)的数学副教授斯蒂芬·伍德科克和杰伊·法莱塔对该定理进行了调查,重点关注我们有限宇宙的局限性。…