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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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革命性计算:量子实验和先进计算技术如何加速复杂问题解决

科学家们利用大量高性能计算(HPC)来研究量子光子学实验。这个过程特别涉及从量子探测器重建实验数据。 帕德博恩大学的研究人员首次应用大规模高性能计算(HPC)分析量子光子学实验,特别是通过对来自量子探测器的数据显示进行层析重建。这种探测器测量单个光子,光子是光的基本粒子。参与的研究人员创建了创新的HPC软件以实现这一分析。他们的研究成果现已发表在专业期刊量子科学与技术上。 利用大规模光子量子探测器进行量子层析 高分辨率光子探测器正逐渐成为量子研究中的关键工具。准确表征这些设备对于它们在测量应用中的有效使用至关重要,但由于需要分析的大量数据以及保持其量子机械特性,这项任务并不简单。处理这些海量数据集的有效工具对于未来的应用至关重要。传统的方法在对超过某一规模的量子系统进行计算方面表现不佳,而帕德博恩的科学家们则通过高性能计算来进行表征和认证过程。 “通过构建开源定制算法并结合HPC,我们能够对大规模量子光子探测器进行量子层析,”共同撰写该研究的物理学家Timon…

惊人的发现:NRL 日冕仪揭示了尘埃彗星的非凡图像

美国海军研究实验室(NRL)利用三个位于太阳轨道的天文台的成像设备,跟踪彗星C/2023 A3的运动,也称为Tsuchinshan-ATLAS,该彗星在2024年10月初在地球和太阳之间移动。 彗星于2023年首次被发现,在NRL的大角度光谱冠状仪(LASCO)望远镜的视野中可见,从10月7日到11日。尽管彗星的核体消失在视线之外,但其庞大的尘埃光迹在之后的几天里仍然存在。 自1995年发射以来,LASCO一直在NASA和欧洲航天局的太阳及日球层观测站(SOHO)上运行。它位于空间的拉格朗日(L1)点,观察到彗星几乎直接通过太阳和其航天器之间。这种排列大大增强了彗星的亮度,因为阳光从后方照亮了其核体周围的尘埃。 在近29年的观测太阳过程中,LASCO目睹了数千颗彗星。然而,Tsuchinshan-ATLAS展现出一种以前从未观察过的彗星尘埃的独特特征。…

革新未来科技:室温电气控制的影响

霍尔效应,这一长期以来被知晓的物理现象,最近揭示了一些新的见解。由宾夕法尼亚州立大学和麻省理工学院(MIT)团队领导的研究表明,这些发现可能对我们理解量子材料产生重大影响,并可能为量子通信和利用无线电频率进行能量收集等技术提供信息。 霍尔效应,作为一种成熟的物理现象,展现出一些新的发展,正如宾夕法尼亚州立大学和麻省理工学院的学者共同领导的研究团队所指出的。他们的发现于10月21日在自然材料上报告,可能会影响我们对量子材料基本物理学的理解,并推进应用技术的发展,如量子通信和通过无线电频率捕获能量。 传统霍尔效应是在电导体或半导体中,当存在磁场时观察到的。它产生一种霍尔电压,可以垂直于电流方向进行测量,并与施加的电流直接相关。 相对而言,新发现的非互易霍尔效应在没有磁场的情况下运作。这一现象由宾夕法尼亚州立大学的毛志强教授和麻省理工学院的傅亮教授领导的团队发现,特征是霍尔电压与施加电流的平方成比例的数学关系。他们通过在硅上使用纹理铂纳米颗粒的微结构实现了这一发现。 与依赖于磁场力量的传统霍尔效应不同,非互易霍尔效应源于流动的导电电子——带电粒子——与纹理铂纳米颗粒之间的相互作用。…

揭示生产的隐含环境代价

根据加州大学戴维斯分校的工程师和经济学家的最新研究,美国的钢铁、塑料和水泥等材料的生产每年在全球造成790亿美元的环境成本。通过将这些环境成本纳入市场价格,可能会更强烈地推动向更环保替代品的转变。 一项新研究表明,美国制造的钢铁、塑料和水泥等材料每年在全球造成约790亿美元的与气候相关的损失。加州大学戴维斯分校的研究人员建议,将这些成本纳入市场价格可能会促进气候友好选项的发展。 “我们的目标是评估生产这些材料的社会成本,”加州大学戴维斯分校土木与环境工程系的近期博士毕业生、该研究的第一作者埃丽莎白·范·罗伊恩解释道,该研究于10月24日在《环境研究快报》上发表。 范·罗伊恩、本科研究员派克亚·科利根和博士后研究员塞斯·凯恩调查了与生产九种常见材料相关的被忽视的气候成本:铝、铁和钢、砖、水泥、石灰、石膏、沥青、玻璃和塑料。 他们编制了美国这些材料的生产水平、制造过程中消耗的能源和由此产生的温室气体排放数据。研究小组使用环境保护局的碳排放社会成本标准评估了这些排放的气候成本,该标准估算了与二氧化碳排放相关的成本,包括防控和恢复气候相关灾害的费用。…

极端条件下的革命性线状热电材料

一组研究人员开发了一种适用于可穿戴技术(包括智能纺织品)的热电材料,该材料即使在极端条件下也能保持一致的热能效率。这一创新成功解决了在热电材料中平衡高性能与机械柔韧性这一长期挑战,为潜在的商业化铺平了道路。 一个韩国研究团队开发了一种适合可穿戴设备(包括智能衣物)的热电材料,同时确保在恶劣环境下也能稳定地提供热能性能。这一进展显著解决了在热电材料中平衡高性能和机械柔韧性的挑战,这一直是该领域的一个持续问题,并表明了商业化的潜力。 21日,KAIST(在李光炯校长的领导下)宣布,包括材料科学与工程系的郑延植教授和机械工程系的朴仁奎教授在内的合作研究团队,以及来自汉巴特国立大学和韩国机械与材料研究所的研究人员,成功创造了“碲化铋(Bi2Te3)热电纤维”。这一发展为下一代柔性电子设备提供了一个有希望的能量收集解决方案。 热电材料能够在温差的驱动下产生电压,从而将热能转化为电能。考虑到约70%的能量作为废热损失,人们对这些材料的兴趣日益增长,因为它们有潜力从废热中回收和利用能量。 我们周围的许多热源,如人体、排气管和散热器鳍片,通常呈曲线形状。虽然源自陶瓷的无机热电材料表现出优秀的热电性能,但它们脆性较大,并且很难制造成曲线形状。反之,利用传统聚合物粘合剂的柔性热电材料虽然可以适应各种形状,但由于聚合物的电导率差和热阻高,效率受到限制。…

稳定的大气:围绕小型恒星的宜居岩石行星的关键

在特定岩石行星围绕M型矮星的进化过程中,发生的一系列事件导致了稳定大气层的发展。这尤其适用于位于距离其中心星较远的温带行星。 自2021年底发射以来,NASA的詹姆斯·韦伯太空望远镜使我们有可能在系外行星——位于我们太阳系之外的行星上探测到生命的迹象。 在这项调查中,显著的候选对象是岩石行星,而不是气体行星,它们围绕低质量的M型矮星运行,后者是在宇宙中最常见的星星。一个显著的邻近M型矮星是TRAPPIST-1,这是一颗位于约40光年外的恒星,拥有一个正在被密切研究的行星系统,以寻找超越我们太阳的生命。 早期研究对TRAPPIST-1周围行星的宜居性提出了怀疑,强调强烈的紫外线辐射可能蒸发其表面水分。这将导致干燥行星,如果水蒸气中仅有氢逃逸,可能产生大量反应性氧,这可能阻碍生命起源所需的化学反应。 最近,由华盛顿大学主导的一项研究在《自然通讯》杂志上发表,揭示了特定岩石行星围绕M型矮星进化过程中的一系列事件,使其在时间推移中形成稳定大气层。…

革命性的未来:光计算新时代

直到最近,研究人员在为人工智能应用创建光子记忆时面临挑战,常常不得不在速度和能效等关键属性之间做出选择。一个国际团队现在介绍了一种创新的方法,克服了现有光存储的局限性,成功地将非易失性、多比特存储、高切换速度、低能耗和更高耐用性等特性结合在一个框架内。 在一项突破性成就中,一个全球电气工程师团队揭示了一种新的光子内存计算技术,暗示光计算在不久的将来可能变得切实可行。 这个合作团队由来自匹兹堡大学斯旺森工程学院,加州大学圣巴巴拉分校,加拿大大学和东京工业大学(现东京科学研究所)的研究人员组成。他们的研究成果今天在《自然光子学》杂志上发表。 该项目由Nathan Youngblood协调,Nathan是一名电气和计算机工程的助理教授,此外还有Paulo…

创新涂层提升涡轮发动机性能和效率

一个多元化的研究团队创造了创新的保护涂层,使涡轮发动机能够在高温下运行,为环境和人类健康提供潜在好处。 来自弗吉尼亚大学的一个研究团队设计了新的涂层,使涡轮发动机在任何部件开始失效之前能够在较高温度下运行。 “在更高温度下运行的发动机更高效,”该项目的主要研究者、弗吉尼亚大学材料科学与工程系的教授兼主任伊丽莎白·J·奥皮拉提到。 涡轮发动机通常与飞机动力相关,但它们也用于静态应用,如电力生成。这些发动机燃烧燃料使涡轮叶片旋转,将机械能转化为电能。 “更高的温度可以提高热输入的工作输出效率,”奥皮拉解释道。“这一潜力引起了人们对涂层的兴趣,以保护涡轮叶片免受在这些高温下燃烧产生的有害气体的伤害。”…

通过倾听能力增强机器人技术

研究人员正在开发一种方法,让机器人通过“倾听”震动来获得触觉,使它们能够识别材料、理解形状,并像人类用手那样识别物体。人类自然地使用来自物体的声波—例如摇动杯子以估计剩余汽水的多少,或敲击扶手检查是否为木质。这种直觉能力是科学家们即将赋予机器人的能力,增强它们日益扩展的感知能力。 想象一下,你正在一家黑暗的电影院里,想知道你巨型杯子里还剩多少汽水。你没有打开盖子,而是摇晃了杯子,倾听冰块的撞击声,帮助你判断是否需要加满。 将杯子放下后,你可能会思考扶手是否是真正的木头。几下敲击后发出空心的声音让你得出它是塑料的结论。 我们通过物体产生的声音直观解读环境的能力是我们自动进行的。研究人员现在即将将这一技能嵌入机器人,从而显著增强它们的感知能力。 在即将于2024年11月6日至9日在德国慕尼黑举行的机器人学习大会(CoRL…

揭示宇宙秘密:首次发现黑洞三合系统

关于黑洞 V404 Cygni 的一个惊人发现正在重新塑造我们对黑洞、它们可能的伴侣及其形成过程的理解。 迄今为止,许多被发现的黑洞似乎以对的形式存在。这些双星系统由一个黑洞和另一个实体组成——例如一颗星、一颗更密集的中子星或另一颗黑洞——它们互相围绕,受黑洞的引力影响,形成紧密的轨道关系。…

生命的复杂舞蹈:古代珊瑚之间的共生关系

一组研究人员利用氮同位素分析揭示,来自埃菲尔和绍尔兰地区的珊瑚,追溯到3.85亿年前,与共生生物体存在关系。这一发现标志着珊瑚中的光合共生作用的最早已知实例。理解这种关系可以阐明古代珊瑚礁在缺乏营养的环境中如何达到了如此巨大的规模。 由美因茨麦克斯·普朗克化学研究所的科学家带领的团队进行了氮同位素分析,证明来自埃菲尔和绍尔兰地区的珊瑚,已经有3.85亿年的历史,具有共生伙伴。这是一个重要的发现,因为这是珊瑚中光合共生作用的最早记录。这种关系可能有助于解释古代珊瑚礁在营养匮乏条件下的巨大生长。 珊瑚礁是地球上最丰富多样的生态系统之一,常被比作海洋中的雨林。现代造礁珊瑚起源于三叠纪,大约在2.5亿年前。它们常与微小的生物体,主要是藻类进行共生关系,这些生物体进行光合作用。这种共生关系在养分稀缺的水域尤为有利,因为它使珊瑚能够循环有限的资源。 地质记录表明,珊瑚在泥盆纪时期就存在,那时已经超过3.85亿年前,包括在德国埃菲尔和绍尔兰地区发现的珊瑚。现已灭绝的珊瑚目如井状目(通常称为“蜂窝珊瑚”)和角珊瑚目(“角珊瑚”)的化石表明,莱茵山区曾在中泥盆纪时期淹没在热带海域,那里曾繁荣生长着大型珊瑚礁。然而,尚不确定这些古代珊瑚在那时是否与光合共生体具有共生关系。 来自麦克斯·普朗克化学研究所、法兰克福歌德大学以及法兰克福森肯贝格研究所和自然历史博物馆的研究团队现已证明,某些来自中泥盆纪的灭绝珊瑚确实是共生的。这一发现为这一古代时期珊瑚中光合共生的存在提供了地球化学证据。…

革命性的碳捕获:空气提取的新突破

为了应对日益增加的二氧化碳水平,科学家们正在积极寻求从大气中提取二氧化碳的可持续方法,这被称为直接空气捕集(DAC)。一种新的有前景的材料,称为共价有机框架(COF)与胺基团相连,因其韧性及在相对低温下有效吸收和释放CO2而脱颖而出。这种创新材料兼容于现有的专为点源排放设计的碳捕集系统。 减少人类活动中产生的二氧化碳对于减少大气温室气体和减缓全球变暖至关重要。然而,当前的碳捕集技术主要仅对诸如电厂等集中排放源有效。这些方法难以捕获周围空气中的二氧化碳,因为空气中的二氧化碳浓度要低得多。 然而,直接空气捕集(DAC)被视为逆转二氧化碳水平上升的关键,当前的二氧化碳浓度已飙升至每百万颗粒426个(ppm),比工业革命前的水平高出50%。根据气候变化政府间专门委员会的报告,如果没有DAC,我们可能无法实现全球将气温限制在比历史平均水平高1.5 °C(2.7 °F)的目标。…