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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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告别霜冻:创新表面技术自然防止结冰

在最近的一项调查中,科学家发现,通过改变表面的纹理并施加一层薄薄的氧化石墨烯涂层,可以在这些表面上完全消除霜的形成,持续至少一周,甚至更长。这一突破将霜防止的持续时间与目前最佳的防霜表面相比延长了1000倍。 未来,个人可能不再需要解冻冰箱或清除光滑表面上的冰。西北大学的工程师们设计了一种新颖的技术,从一开始就阻止霜的形成。 在这项创新研究中,研究人员揭示了通过改变任何表面的纹理并增加一层薄薄的氧化石墨烯,可以在至少一周的时间内防止霜的生成,甚至可能更长。这一成就是目前市面上最先进的防霜表面的1000倍有效。 此外,这种新的可扩展表面设计耐裂纹、划伤和污染。 研究人员设想,通过将这种纹理设计融入基础设施,公司和政府实体可以通过减少维护费用和提高能源效率,每年节省数十亿美元。…

高效太阳能采集和储存的创新策略

根据国际能源署(IEA)的数据显示,全球约50%的最终能源消费用于供暖。然而,相较于化石燃料,太阳能在该领域的采用仍然相当低。限制太阳能更广泛使用的一个主要问题是其直接可用性的不可预测性。一个潜在的解决方案是分子太阳能储存系统。 传统的热能储存方法通常在短时间内储存能量,比如保持热水。在对比中,分子太阳能储存系统将太阳能捕获为化学键,使其能够储存数周甚至数月。这些被称为光开关的专用分子可以吸收太阳能,并在需要时作为热量释放。现有光开关的一个显著挑战是它们能够储存多少能量和它们多有效地吸收太阳光之间的平衡,这影响到整体性能。美因茨大学(JGU)和希根大学(University of Siegen)的研究人员正在通过创新合作解决这个问题。 分离太阳能的吸收和储存过程…

革命性的机器人培训:效率和效果的下一个前沿

受到先进语言模型的启发,研究人员创建了一种新的训练方法,利用多样化的数据集帮助机器人获得各种技能。 在深受喜爱的卡通片《杰森一家》中,机器人女佣罗西轻松地从吸尘到准备晚餐和倒垃圾。然而,实际上,创造出一种多功能机器人仍然是一个重大障碍。 工程师通常收集特定机器人和任务所需的数据,然后在受控环境中进行训练。这个过程既昂贵又耗时,机器人往往难以适应那些它们以前未接触过的新任务或环境。 为改善通用机器人的训练,麻省理工学院的研究人员开发了一种灵活的方法,该方法从多个来源聚集大量多样化的数据,使任何机器人能够学习广泛的任务。 该技术将来自不同领域的数据(如仿真和真实机器人)以及各种模态(包括视觉传感器和机器人手臂位置编码器)对齐,形成一种统一的“语言”,使生成性人工智能模型能够理解。…

新的研究表明黑洞可能对暗能量提供启示

研究人员强化了这样一个理论,即物质在巨大的恒星经历坍缩并转变为黑洞时会转化为暗能量。 将近140亿年前,在大爆炸的早期时刻,一种未知的能量导致年轻宇宙的爆炸性扩张,形成了所有已知的物质,这一观点得到了广泛接受的膨胀宇宙模型的支持。 这种古老的能量与今天的暗能量共享一些基本特征,目前的暗能量被视为我们这一时代最大的谜团之一,至少在一个可测量的标准下:它构成了宇宙的大约70%,但科学家对其真实本质仍感到不确定。 密歇根大学的物理学教授、该研究的共同作者格雷戈里·塔尔表示:“如果你思考这个问题,即‘在后来的宇宙中,我们在哪里观察到与宇宙开始时一样强烈的引力?’答案是在黑洞的核心。”他还表示:“可以想象,在膨胀过程中发生的事情是倒转的,即巨型恒星的物质在引力坍缩期间转变为暗能量——类似于一个迷你大爆炸以反向方式发生。” 塔尔和来自五个不同机构的团队在《宇宙学与天体粒子物理学期刊》上发布的一项新研究通过利用来自暗能量光谱仪(DESI)的最新发现,支持了这一假设。DESI由5000个机器人传感器组成,固定在位于基特峰国家天文台的梅约尔望远镜上,该天文台位于托霍诺·奥德汉民族的领土上。…

微观游泳者的智能导航解决方案

  通过使用电场,研究人员可以控制微游泳者的运动。一支来自马克斯·普朗克动力学与自组织研究所(MPI-DS)、印度理工学院海得拉巴分校(IIT)和荷兰特温特大学的团队通过对比实验结果与理论模型的预测,阐述了这一技术背后的物理原理。他们可以在微通道中调整这些游泳者的移动方向和运动方式,实现如振荡、贴附于墙壁或与中心线对齐等选项,从而带来与周围环境的不同互动。 微游泳者需要在像多孔材料或血管中的微通道这样狭小的空间中独立操控。这些游泳者可以来自生物来源,如藻类或细菌,或者可能是专门设计的用于运输化学物质和药物的结构。在这些应用中,控制它们相对于边界的游泳模式至关重要——例如,它们可能需要交换物质或信息,同时避免与表面不必要的附着。 许多微游泳者携带电荷,这使得使用电场成为在复杂环境中导航的一种灵活方法。MPI-DS的研究人员在其自推进人工微游泳者的实验中调查了这一概念。该组的负责人Corinna Maass及特温特大学的副教授表示:“我们研究了电场与压力驱动流动的组合如何影响人工微游泳者在通道中的运动。”她补充道,他们识别了特定的运动模式及其影响的系统参数。在早期研究中,团队展示了他们的人工游泳者往往逆流而泳,并在通道的墙壁之间振荡。通过最新的发现,他们获得了通过施加电场和流动来引导游泳者运动的能力。…

解锁奥秘:材料研究中晶界的意外发现

利用先进的显微镜和模拟技术,一个国际研究团队仔细研究了铁原子如何影响钛中的晶界结构。让他们惊讶的是,研究人员发现“铁原子不仅会迁移到界面,还会形成完全意想不到的笼状结构,”来自鲁尔大学联盟未来能源材料与系统研究中心的克里斯蒂安·利布舍教授博士说。研究人员没有预料到这种意外的行为。他们的研究结果于2024年10月25日发表在期刊《科学》上。 一种新的 segregate 行为 许多技术材料具有多晶结构,这意味着它们由不同的晶体组成,原子以系统化的晶格排列。这些晶体在整个材料中展现出不同的取向,而将它们分开的界限被称为晶界。“这些晶界对材料的强度和整体性能有显著影响,”在本研究中进行显微镜工作的维韦克·德武拉帕利博士指出。他补充道:“然而,我们对元素在晶界上的集中情况以及它们如何影响材料特性所发生的情况了解得非常有限。”…

机场吸烟室的导航:最佳观赏点和通风解决方案

新的研究表明,并非所有在机场吸烟休息室的位置同样有效。研究人员发现,热条件和吸烟者的位置会影响烟雾颗粒在这些空间中的沉降。此外,坐得离通风口较远的吸烟者通常会经历较低的污染水平。研究团队使用计算机模拟构建了一个吸烟室的模型,并放置了加热和未加热的人体模型来代表吸烟者。他们还设计了配有三个排气扩散器的通风系统。 尽管近年来许多美国机场的吸烟休息室已被关闭,但它们在各种国际机场仍然存在。虽然这些休息室可以进行通风,但这在多大程度上真的有助于烟雾分布呢? 发表在《流体物理学》上的研究显示,并非所有机场吸烟休息室的站立位置对烟雾颗粒有相同的影响。 来自伊朗霍尔莫兹甘大学的研究人员检查了模拟机场吸烟环境中的尼古丁颗粒,发现温度和吸烟者的位置影响这些颗粒的沉降。 此外,坐得离通风口更远的个体报告该区域的污染水平最低。…

解锁未来:MXenes在纳米技术中的承诺

材料科学家正在研究MXenes的独特物理特性,MXenes是一类快速扩展的二维物质,具有众多在纳米技术领域的潜在应用。 来自内布拉斯加-林肯大学的研究团队正在深入探讨MXenes的物理特征,这是一类迅速崛起的二维材料,具有多种纳米技术用途的潜力。 该团队的研究建立在近二十年的研究基础上,涉及石墨烯,石墨烯是另一类在许多领域具有重要价值的二维材料,但与MXenes(发音为“maxenes”)相比显示出一些局限性。 MXenes由超薄层的过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物组成。它们源自所谓的MAX相,其特征在于其三个主要元素:“M”代表钛或铬等过渡金属;“A”代表铝等元素;“X”表示碳或氮。这些成分形成了一种分层结构。化学家利用酸性溶液选择性地去除“A”层以生成MXenes,使这一方法简单有效。 已经合成了多种不同“M”和“X”元素配置的MXenes。根据化学教授及首席研究员亚历山大·西尼茨基的说法,内布拉斯加团队集中研究一种含铬、钛和碳原子的较少见变体。…

创新的翅膀:鸟类解剖如何塑造飞行安全进展

工程师们发现了一种方法,通过利用轻质塑料襟翼来帮助飞机避免失速,这些襟翼能够对压力波动做出反应。这些襟翼的灵感来源于一种对鸟类最具冒险飞行技术至关重要的羽毛。 普林斯顿大学的研究人员从鸟羽中获得灵感,确定在遥控飞机的机翼上整合一排排襟翼,可以增强其飞行能力,并帮助防止失速,这种情况可能威胁到飞机保持飞行的能力。 主要研究该研究的机械与航空工程助理教授艾米·维萨(Aimy Wissa)解释说:“这些襟翼不仅有助于防止失速,还可以在发生失速时帮助恢复控制。”这项研究的成果发表在《美国国家科学院院刊》(Proceedings of…

锌电池寿命的革命性突破

向可再生能源的转变要求有效的解决方案来存储大量电力。来自慕尼黑工业大学(TUM)的一组研究人员介绍了一种新颖的技术,可以显著延长水性锌离子电池的使用寿命。这些电池不仅能使用几千个循环,而是潜在地能够承受几十万个充放电循环。 向可再生能源的转变需要高效的方法来存储大量电力。慕尼黑工业大学(TUM)的研究人员开发了一种新方法,可以将水性锌离子电池的使用寿命延长几个数量级。这些电池现在可以承受几十万个充放电循环,而不仅仅是几千个循环。 这一突破在于为这些电池的锌阳极提供了一种专门的保护涂层。该涂层解决了以往的挑战,例如形成针状的锌结构,称为锌树枝晶,以及导致氢生成和腐蚀的不良化学反应。 研究团队由慕尼黑工业大学自然科学学院无机和金属有机化学系的负责人罗兰·阿·菲舍尔教授领导,利用了一种特殊的材料:一种称为TpBD-2F的多孔有机聚合物。这种物质在锌阳极上形成了一个稳定、极薄且有序的层,促进了锌离子通过微小通道的顺畅流动,同时有效地使水远离阳极。 锌电池作为锂离子电池的经济替代品…

革命性无溶剂3D打印材料为可持续生物降解植入物铺平了道路

研究人员开发了一种突破性的无溶剂聚合物,旨在用于数字光打印(DLP),这是一种3D打印方法,通过逐渐从一层薄树脂构建固体物体。这一创新不仅解决了成品收缩的常见问题,还增强了打印物品的机械性能,同时确保它们在体内能够安全降解。 增材制造(AM)已经改变了众多行业,并承诺在不久的将来产生更大的影响。虽然许多人对类似喷墨模型的3D打印机比较熟悉,但还有另一种AM技术,通过使用光逐层构建物体,提供了独特的好处。 一个突出的例子是数字光处理(DLP),广泛应用于工业和牙科实践中。DLP技术利用光将液态树脂转化为固体组件,有效地从浅树脂池中逐层提取物体。 然而,这种3D打印技术面临的一个重大挑战是,树脂必须具有低粘度才能在高分辨率下有效运作。许多用于DLP打印的有用聚合物是固体或过厚,因此需要溶剂来稀释到合适的粘度。 不幸的是,加入这些溶剂可能引入严重的问题,例如由于溶剂蒸发引起的残余应力,导致成品收缩(高达30%)和后期的尺寸精度差。…

揭示黑洞喷流的奥秘

研究人员审查了来自NASA钱德拉X射线天文台超过二十年的发现,揭示了关于黑洞的有趣新见解。 由密歇根大学主导的一项研究分析了来自NASA钱德拉X射线天文台的20多年数据,揭示了我们对黑洞理解的新复杂性。 这项研究特别调查了位于半人马座A星系中心的超大质量黑洞发射的高能粒子喷流。 这些喷流可以通过各种类型的望远镜观察到,包括专注于无线电波的望远镜和捕捉X射线的望远镜。自1999年钱德拉发射以来,许多天文学家对这些喷流产生的意外明亮X射线信号表现出浓厚的兴趣。 然而,先前的观察表明,X射线数据只是反映了在无线电研究中已经观察到的特征,导致了一个较少令人兴奋的结论。…