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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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革命性指纹质谱技术揭示蛋白质组的秘密

一种利用数据分析的新技术,称为指纹质谱,为使用纳米级设备测量单个蛋白质的质量提供了一种方法。 加州理工学院的科学家们开发了一种基于机器学习的方法,使得能够借助复杂的纳米级设备精确测量单个粒子和分子的质量。这种创新方法扩大了可用于质量测量的设备范围,帮助进行蛋白质鉴定,并可能为完整的蛋白组——任何生物体中的蛋白质总集合——提供洞察。 蛋白质是活生物体的驱动力。关于哪些蛋白质被生产、它们的位置和数量的洞察,可以揭示生物体健康的重要信息,在疾病诊断过程中提供线索,提出可能的治疗策略。然而,研究人员仍然缺乏全面的方法来表征整个蛋白组。 “我们讨论的是个体分子层面的质谱;这使我们能够实时观察完整的蛋白质,而无需将其碎片化,”加州理工学院物理学、应用物理学和生物工程的Frank J.…

“移动信号能否辅助紧急着陆?”

研究人员正在推进实验导航系统,旨在当全球定位系统(GPS)卫星不可用时,保持飞机航向。 从80,000英尺高空飘浮在新墨西哥州的气象气球上,有两个天线从一个泡沫冷却器中探出。在这个高度,黑暗的太空与地球生动的蓝天形成鲜明对比。然而,天线并没有被壮观的景色分散注意力;它们的重点是捕捉能够增强航空安全的信号。 来自桑迪亚国家实验室和俄亥俄州立大学的科学家们正在创新空中导航技术,创建一个备用系统,以确保飞机在没有完全依赖GPS卫星的情况下保持正常航向。 在漂浮的冷却器下方,手机信号塔从超过15英里外持续发送电磁波。此外,在更高的高度,未使用GPS的通信卫星提供额外信号。 目标是利用这些替代信号来确定车辆的位置和速度。…

创新卫星技术联合实现高级别干旱探测从轨道上

一项新近研究突出了从太空观察亚马逊流域等地区如何证明卫星在识别干旱迹象方面的有效性。 这项由波兰军事技术大学和格里菲斯大学领导的研究成功地合并了两种先进的卫星技术,以增强对水文干旱的监测。 全球定位系统(GPS)和重力恢复与气候实验(GRACE)等技术已被证明对跟踪全球淡水储备的变化至关重要,包括地下水位。 然而,格里菲斯大学澳大利亚河流研究所的共同作者和ARC DECRA研究员克里斯托弗·恩德赫德博士指出了这些方法的一些局限性。…

利用云技术转变化学研究

云计算的快速能力使得复杂的计算化学任务可以在几天内完成,而不是几个月。 一些计算挑战如此庞大,以至于需要一个全面的方法。这一策略由来自能源部太平洋西北国家实验室的一组科学家和计算专家与微软及其他国家实验室和学术机构的合作伙伴共同实施,旨在使新的云计算资源更易于访问。 在最近的一篇同行评审文章中讨论的这一倡议,提出了一项将科学计算资源转变为与技术进步共同发展的可持续框架的计划。研究团队展示了云计算作为传统高性能计算中心的响应性和灵活性补充,这些中心多年来对科学研究至关重要。 PNNL的计算化学家卡罗尔·科瓦尔斯基(Karol Kowalski)表示:“这代表了科学计算的全新模式,我领导的跨学科倡议展示了将软件即服务与云计算资源集成的可行性。这个初始的概念验证表明,云计算可以提供各种选项来增强和支持高性能计算,以应对复杂的科学问题。”…

革命性方法揭示分子氢键的磁性开关

一个研究小组成功创建了一种通过利用分子级别的氢键来生产可切换磁性材料的新方法。这项创新研究揭示了某些金属配合物如何通过引入手性氢键,从曾经对外部影响无反应,转变为能够表现出清晰而完整的磁性转变。 来自熊本大学的研究小组成功创建了一种通过利用分子级别的氢键来生产可切换磁性材料的新方法。这项创新研究揭示了某些金属配合物如何通过引入手性氢键,从曾经对外部影响无反应,转变为能够表现出清晰而完整的磁性转变。 由优先创新与卓越组织(POIE)的助理教授关根佳宏领导的研究团队,旨在开发由钴(Co²⁺)和铁(Fe³⁺)离子构成的可切换分子组装体,这些离子通常对外部刺激不做反应。他们的关键创新是在手性羧酸中添加氢键,使分子能够以极高的精度在磁性状态(顺磁性和抗磁性)之间进行转变。这些组装体被称为“分子普鲁士蓝类似物”,显示出钴和铁离子之间的受控电子转移的潜力——这是传统材料无法实现的壮举。 本研究中的一个重要发现是分子手性对这些组装体有效性的影响。使用对映纯氢键供体(HBD)分子导致清晰、完整的磁性转变,而外消旋混合物则产生无序结构,转变模糊而不完整。这强调了精确的分子排列在制造可预测行为的功能材料中的重要性。“手性氢键单元对我们观察到的协同和突发相变是至关重要的,”关根助理教授表示。“这为在分子尺度上设计可切换材料开辟了新的可能性。” 这些发现可能为磁存储设备、传感器和各种电子应用中的先进材料铺平道路。研究强调了分子结构的微小变化可能导致材料行为的重大差异,提供了一种创造功能性分子机器和智能材料的新途径。

探索原子相互作用的前沿:创新的新纪元

研究研究调查了纳米材料中的微小特征,被称为三重接头,对于在高温条件下保持这些材料的稳定性的重要性。 我们可以使用什么策略来创造既强大又轻便的材料?我们能否设计出能够承受极端环境的新材料,例如喷气发动机和航天器中的环境? 莱海大学P.C. Rossin工程与应用科学学院的材料科学与工程副教授法迪·阿卜杜尔贾瓦德建议答案可能在于晶体中原子结构汇聚的细微区域或边界。 阿卜杜尔贾瓦德与美国能源部综合纳米技术中心(CINT)的同事合作,揭示了这些微观边界在纳米材料特性中的重要作用。…

创新算法彻底改变图挖掘技术

一位教授开发了一种创新算法,该算法揭示了复杂网络中的隐藏结构,具有在欺诈检测、生物学和知识发现等方面的潜在应用。 尼古拉斯·西迪罗普洛斯(Nikolaos Sidiropoulos),弗吉尼亚大学工程与应用科学学院的教授,在图矿领域取得了重大进展,创造了一种新的计算算法。 图矿是一种用于分析各种网络的技术,例如社交媒体互动或生物系统,使研究人员能够识别不同组件之间关系的重要模式。这种新算法解决了长期以来困扰的问题,即在广泛的网络中准确定位紧密相连的簇,称为稠密三角子图。这个挑战在如欺诈检测、计算生物学和数据分析等领域至关重要。 这项研究成果发表在《IEEE知识与数据工程汇刊》中,属于由比利时鲁汶大学电气工程助理教授阿里特拉·科纳尔(Aritra…

轴子之谜的神秘面纱:宇宙之中中子星的奥秘

物理学家发现,一种称为轴子(axions)的非常轻的粒子可能在围绕中子星的巨大群体中存在。这些轴子可能有助于解释宇宙学家一直在寻找的神秘暗物质,并且甚至可能相对容易被探测到。 来自阿姆斯特丹、普林斯顿和牛津的一个合作物理学家团队揭示,异常轻的粒子轴子可能在中子星周围形成广泛的云团。这些轴子可能为宇宙学家寻找的神秘暗物质提供解释,值得注意的是,它们可能不会非常难以探测。 本周,他们的最新发现发表在期刊Physical Review X上。这项研究建立在之前的研究基础上,之前的研究同样由同一作者进行,但从不同的角度考察了轴子和中子星。在他们之前的研究中,重点关注的是从中子星“逃逸”的轴子,而这次,研究人员则在研究那些留下来的轴子,特别是被星体强大的引力吸引的轴子。随着时间的推移,这些粒子预计会逐渐聚集成一个雾状云团,在中子星周围,这确实有可能被我们的望远镜探测到。但是什么让这些遥远的星云吸引了天文学家和物理学家呢?…

创新发现为树木生产环保工业化学品铺平道路

木材中的木质素特定分子特征影响了使用微生物发酵将树木和植物转化为工业化学品的挑战。 树木是地球陆地生态系统中最普遍的自然资源,北卡罗来纳州立大学的研究人员正在朝着将其作为可持续和环保的替代品,以从石油中生成工业化学品的目标取得进展。 木质素是为树木提供结构和耐久性的聚合物,它带来了显著的挑战。北卡州立大学团队现在确认了木质素的特定分子特征——其甲氧基含量——这影响了利用微生物发酵将树木和其他植物转化为工业化学品的可行性。 根据发表在《科学进展》杂志上的一项研究的第一作者罗伯特·凯利的说法,这些发现使我们更接近于开发来自树木的工业化学品,作为对基于石油的化学品的可行且环保的替代品。 凯利的团队先前展示了一些嗜热细菌在极端环境(如黄石国家公园的热泉)中能够降解树木中的纤维素,但他详细说明“没有在显著程度上”。“换句话说,这并不足以经济或环保地支持工业化学品生产。”…

革命性基准突破应对最艰难的量子挑战

  确定大量量子粒子如何相互作用和行为可能相当困难,但这对于在实际场景中应用量子计算至关重要。一组由EPFL领导的研究人员提出了一种技术,比较量子算法并确定哪些量子挑战是最难以解决的。 从最小的亚原子粒子到复杂的分子,量子系统对于揭开宇宙的奥秘至关重要。然而,这里有一个挑战:建模这些系统可能迅速变得极其复杂——就像试图理解一个大人群的行为,因为每个个体都影响其他人。当将这些个体转化为量子粒子时,便引入了我们所称的“量子多体问题”。 “量子多体问题”涉及预测大量相互作用的量子粒子将如何行为。成功解决这些问题可能导致化学和材料科学的重大进展,甚至为新技术铺平道路,如量子计算机。 随着粒子数量的增加,建模它们行为的难度也随之增加,尤其是在寻找系统的基态或最低能量态时。理解基态至关重要,因为它向科学家提供了哪些材料将保持稳定的信息,甚至可能揭示超导等异常状态。…

科学家发现“硅酸盐魔法”可实现更安全、更实惠和更高效的电池

一组研究人员正在研究用于存储电网能源的创新电池技术。他们最新的发现表明,通过向铁中添加硅酸盐,可能会导致高效碱性电池阳极的开发。 随着全球迅速转向可再生能源,仍然存在挑战。太阳能在夜间减少,而风能的波动没有一致的模式。开发能够存储电网中多余能源的新技术,以便在短缺时期使用是至关重要的。 可充电锂离子电池是我们日常生活中不可或缺的一部分,为智能手机到电动汽车的一切提供动力。然而,这些电池依赖于稀缺资源,如锂、镍和钴,这引发了关于其可持续性和成本效益的担忧。 在WPI担任詹姆斯·H·曼宁化学工程教授的腾晓伟,领导着一个专注于发现电网能源存储新电池技术的团队。他们最近的研究结果发表在欧洲科学期刊ChemSusChem上,表明通过用硅酸盐处理铁,可以实现高性能的碱性电池阳极。铁是地球上仅次于铝的第二常见金属,相较于镍和钴更具可持续性。美国每年从废料中回收超过4000万吨铁和钢。 腾指出,铁已经作为阳极用于铁镍碱性电池,这些电池最早是由托马斯·爱迪生在20世纪初开发的。然而,这些电池由于在充电过程中产生氢气和放电时惰性氧化铁的积累,导致能量效率低、存储能力有限。…

颠覆生产:研究人员揭示AI增强制造效率

机械和航空航天工程师们开发了一种更有效的方法来增强制造系统,从而提高速度和质量,同时减少浪费。 来自弗吉尼亚大学的研究人员在制造技术方面取得了重大里程碑,创造了一种基于人工智能的系统,有可能彻底改变工厂操作。利用多智能体强化学习(MARL),团队设计了一种优化制造系统的简化方法,提高了效率和产品质量,同时减少了浪费。 这种在制造系统杂志上详述的突破性技术,包含协作的人工智能代理,以增强生产工作流程。通过同步多个代理实时监督任务,该系统能够随着时间的推移自动调整并提高其性能。这一创新可以促进更快的生产时间,减少停机时间,并在汽车和电子等各个行业中生产出更优质的产品。 首席研究员、机械与航空航天工程教授Qing "Cindy"…