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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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加速科学发现:机器人自动化和人工智能在现代实验室中的作用

各个领域的研究实验室,包括化学、生物化学和材料科学,正处于重大变革的边缘。这一变化是由于机器人自动化和人工智能(AI)的进步,它们将使实验更加迅速和准确,为健康、能源和电子等领域的重大进展铺平道路,正如北卡罗来纳大学教堂山分校的研究人员在其论文《将科学实验室转变为自动化发现工厂》中所强调的,该论文刊登在专注于机器人研究的期刊《科学机器人学》中。 论文的高级作者、计算机科学系的劳伦斯·格罗斯伯格杰出教授罗恩·阿尔特罗维茨博士表示:“目前,创造新分子、材料和化学系统需要大量人力。科学家需要规划实验、创建材料、分析结果,并重复多次才能达到预期的结果。” 这种试错方法效率低下且劳动密集,极大地阻碍了发现的速度。然而,自动化提供了一个解决方案。机器人系统可以不断进行实验而不感到疲惫,大大加快了研究过程。机器人可以始终如一且安全地执行准确的实验程序,最小化处理危险材料的风险。通过自动化常规任务,科学家可以腾出更多时间来专注于复杂的研究问题,从而最终加速医学、能源和可持续性方面的突破。 研究的合著者、化学系主任詹姆斯·卡霍恩博士强调:“机器人技术可以将标准科学实验室转变为自动化的‘工厂’,以增强发现能力。然而,我们需要创新的方法来促进研究人员与机器人在同一实验室空间内的合作。”他补充说,随着持续发展,机器人技术和自动化预计将提高各种仪器和科学领域实验的速度、准确性和一致性,生成AI系统可用于进一步研究的数据。 研究人员确定了实验室自动化的五个等级,以展示自动化在科学环境中的进展:…

革命性的分子分析:以闪电速度捕捉振动指纹

研究人员在拉曼光谱测量速率上取得了惊人的增幅,达到了100倍,这是一种流行的技术,用于捕捉分子的“振动指纹”以进行识别。这一提升解决了测量速度上的一个主要瓶颈,为依赖于分子和细胞识别的各个领域的进展铺平了道路,包括生物医学诊断和材料分析。研究结果发表在期刊《超快科学》中。 东京大学光子科学与技术研究所的研究团队,包括中村拓真、桥本和树和井口拓郎,成功将拉曼光谱的测量速率提高了100倍。这项技术对于通过测量分子的独特“振动指纹”来识别分子至关重要。鉴于测量速度一直是一个重要的限制,这一进展预计将惠及生物医学诊断和材料分析等多个领域。他们的研究成果发表于期刊《超快科学》。 识别不同的分子类型和细胞在基础科学和应用科学中都是至关重要的。拉曼光谱是一种广泛使用的技术。当激光束照射到分子上时,光与分子键的振动和旋转相互作用,导致散射光的频率发生变化。由此产生的散射光谱代表了分子的独特“振动指纹。” 根据本研究的主要研究者井口拓郎的说法,“测量是科学的基础,我们的目标是在测量系统中实现最高性能。我们的重点是推动光学测量的前沿。” 拉曼光谱曾经历过许多增强的尝试,主要是由于其测量速率限制了其应用。这导致其无法跟上某些化学和物理反应的快速变化。为了解决这个问题,团队决定从头构建一个新的测量系统。…

革命性发明:工程师开发出改变游戏规则的水收集设备,帮助干旱地区

随着严重的特大干旱对西南地区的水供应造成压力,创新研究正在利用一种令人兴奋的新技术来解决这个问题,该技术能够在低湿度条件下安全地从空气中提取大量水分。 将我们呼吸的空气转化为饮用水的概念本身就令人惊讶。在干旱环境中提取出功能性水量的想法常常感觉更像是幻想而非现实。 来自拉斯维加斯大学(UNLV)的研究,于10月22日发布在《全国科学院院刊》(PNAS)上,旨在解决西南地区因特大干旱引发的水资源短缺问题。 这项研究的负责人是机械工程教授H. Jeremy…

革命性建筑:3D打印混凝土的力量为可持续未来

研究人员开发了一种新型混凝土,结合了石墨烯,且可以进行3D打印,从而提高强度并减少31%的碳排放,促进可持续建筑实践。 来自维吉尼亚大学的一个团队在3D打印混凝土不断发展的领域取得了令人鼓舞的进展,创造了一种更可持续的水泥基复合材料。这种创新材料将石墨烯与石灰石和煅烧粘土水泥(LC2)混合,使其强度和耐久性得到改善,同时大幅降低碳排放,从而有效应对与3D打印建筑相关的环境问题。 “我们的目标是创造一种不仅性能更佳且环保的可打印混凝土,”维吉尼亚大学土木与环境工程系教授奥斯曼·奥兹布鲁特(Osman Ozbulut)表示。“将石墨烯融入LC2水泥为减少碳排放提供了显著的机会,而不影响3D打印结构所需的强度和灵活性。” 这项研究由访问学者图巴·巴伊塔克(Tugba…

开创性突破:研究人员为量子点打开新纪元

一种开创性的发展量子点的方法,不仅导致了一种更有效的创建有益类型量子点的方法,还揭示了一系列创新化学材料供研究人员进一步研究。通过使用熔盐而不是有机溶剂,科学家们能够制造“之前难以想象的纳米晶体。” 量子点是一类半导体纳米晶体,正在推动科学研究和实际应用的进步,包括激光、量子QLED电视和显示器、太阳能电池板、医疗仪器以及各种电子设备。 本周在Science上介绍的这种新方法,用于生长这些微小晶体,不仅提供了一种更有效的方法来生产一种有价值的量子点,同时为一系列新的化学材料奠定了基础,这些材料适合研究人员在未来进行探索。 “我很激动看到全球的科学家如何利用这一技术创建曾被认为不可能的纳米晶体,”第一作者贾斯廷·翁德里(Justin Ondry)表示,他曾是芝加哥大学塔拉平实验室的博士后研究员。…

殖民遗产的回声:去碳化努力如何加剧人权不平等

最近对民主共和国刚果的一座城市的调查显示,减少碳排放的必要过程正在延续和重塑殖民差距。 密歇根大学的一项研究强调,在民主共和国刚果的一座城市中,去碳化的关键任务正在重申和复兴殖民不平等。 研究的作者认为,与现代钴采矿相关的人权侵犯——如童工、强迫迁移和系统性边缘化——是历史殖民实践的当代表现。他们在期刊《城市》中发表了他们的研究成果。 首席作者布兰登·马克·芬(U-M环境与可持续发展学院的助理研究科学家)解释说:“我们说明了这些殖民实践是如何随着采矿公司的成立和鲁本巴希的创建而起源的。目前铜和钴的采矿热潮反映了这些旧做法的新一轮迭代。” 他补充道:“虽然这些矿物对去碳化至关重要,但重要的是要认识和解决在寻求这些资源过程中显现出的新殖民含义。”…

由难处理金属氧化物和氢氧化物制成的创新性无定形纳米片

一个研究团队开发了一种开创性的方法,使用固态表面活性剂制造无定形纳米片。这些极其薄的纳米片现在可以从不同类型的金属氧化物和氢氧化物中获得。这一进展大大增强了它们在技术中的潜在应用,特别是在下一代燃料电池的发展中。 日本名古屋大学的科学家们解决了纳米片技术领域的一个关键问题。他们创新的方法利用表面活性剂从各种材料中创造无定形纳米片,包括超薄无定形金属氧化物如铝和铑。该重要进展在《自然通讯》中详细介绍,为未来在燃料电池应用中使用这些纳米片的发展铺平了道路。 纳米技术的未来依赖于厚度仅为几纳米(十亿分之一米)的组件。这些被称为纳米片的超薄层对增强功能至关重要。 然而,它们的微小尺寸为催化过程带来了障碍。这些纳米片通常形状均匀且缺陷较少,但催化通常依赖这些不完美之处来进行有效反应。 此外,由于缺乏分层,它们的制造过程复杂,这使得传统的剥离方法无效。因此,它们的生产主要涉及传统材料,如碳和二氧化硅,而不是金属氧化物和氢氧化物,比如基于铑的材料,这在技术上具有重要价值。…

革命性的可再生能源:3D智能技术在辐射冷却和太阳能吸收方面的进展

- DGIST、KAIST 和韩国大学合作开发了一种可以可逆加热和冷却的三维设备,利用热辐射 -- 该研究在《先进材料》杂志上被特别选为封面文章。…

革命性的太阳能:银掺杂对下一代太阳能电池的影响

研究人员在提高薄膜太阳能电池的效率方面取得了显著进展。 他们引入了一种新技术,将银(Ag)掺入这些太阳能电池中,帮助减少可能对其性能产生负面影响的缺陷,并促进晶体生长,显著提高效率,为商业应用铺平了道路。 一组经验丰富的研究人员,包括来自DGIST能源与环境技术系的Kee-jeong Yang、Dae-hwan Kim和Jin-gyu…

表面之下:泰坦的厚重甲烷壳层揭示

一项最新研究表明,甲烷气体可能被封闭在土星的卫星泰坦冰冷的表面之下,形成一种厚度可达六英里的独特地壳。这种地壳可以加热其下方的冰层,并有助于解释这个卫星富含甲烷的气氛。 泰坦是土星最大的卫星,除了地球之外,是唯一已知具有大气和液体河流、湖泊和海洋等水体的天体。泰坦的极端寒冷意味着这些液体由碳氢化合物组成,包括甲烷和乙烷,而其表面主要是固态水冰。由夏威夷大学马诺阿分校的行星科学家进行的一项最新研究表明,甲烷气体可能被包含在冰中,从而产生一个加热下方冰壳并可能有助于澄清泰坦甲烷丰富大气的重要地壳。 该研究由研究助理劳伦·舒尔梅尔(Lauren Schurmeier)领导,博士生格温多林·布劳尔(Gwendolyn Brouwer)和夏威夷地球物理与行星科学研究所(HIGP)副主任兼研究员莎拉·法根茨(Sarah…

蒲公英超新星与复活之星的神秘舞蹈

一颗历史性的超新星,在1181年被中国和日本的天文学家观测到,沉寂了800多年,直到其残骸最近被重新发现。新的研究结果揭示了令人惊讶的特征,给科学家们带来了困惑。一个研究团队现在进行了首次全面的超新星结构和其扩展速度的3D分析。 在1181年,一颗新星出现在仙后座附近,持续六个月的闪耀后消失。这一事件被近一千年前的中国和日本天文学家称为“客星”,吸引了几代科学家的关注。这是少数在望远镜发明之前记录的超新星之一。此外,它长期“孤立”,意味着没有当前的天体可以明确地与其联系起来。现在被称为SN 1181,其残骸在2021年追溯到2013年由业余天文学家Dana Patchick在作为公民科学家倡议的一部分回顾WISE望远镜的档案图像时发现的Pa 30星云。…

革命性工具揭示庞大数据景观中的隐藏模式

最新的可视化工具由HHMI的贾尼利亚研究园区的科学家们开发,帮助研究人员识别大规模神经记录中的活动趋势。这标志着在形成关于单个神经元及其电路如何影响行为的新见解方面迈出了重要一步。 神经科学家通过追踪小组神经元的活动,获得了大量知识,例如识别哪些神经元和电路对应特定行为。 但当你同时监测数千个神经元时会发生什么?或者当你试图理解神经元的功能而没有明确的外部刺激,或不确定要调查什么时又会怎样? 这时,Rastermap变得无价。 HHMI贾尼利亚研究园区的斯特林格和帕基塔里乌实验室新开发的可视化工具帮助研究人员识别大规模神经记录中的活动模式——这是形成关于神经元和电路如何驱动行为的新理论的一个重要初步步骤。…