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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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过时手机如何为智能城市提供动力并拯救海洋

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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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这款电池自毁：受《碟中谍》启发的生物可降解电源

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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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革命性的量子进展：利用合成维度实现优越的信息处理

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一项最近的研究揭示了创新解决方案，这些方案可能会导致以简单而有效的方式处理量子信息的有效系统。研究人员提出了一种独特的光子状态操控方法，进一步增强了对光子传播方式的控制。这种增强的控制不仅提高了光子巧合检测的能力，还提高了系统的整体效率。 在国家科学研究所（INRS）取得的突破涉及一种合成光子晶格，该晶格可以创建和管理光的量子状态，为各种应用带来了令人兴奋的可能性，从量子计算到安全的量子通信协议。 这项研究由INRS的罗伯托·莫兰多蒂教授领导，联合来自德国、意大利和日本的团队，开辟了建立有效处理量子信息系统的创新解决方案的途径。 最近在Nature Photonics上发表的发现，介绍了一种操控光子状态的新方法，增强了对光子传播方式的控制。这种新的控制机制有助于提高检测率并增加光子巧合，从而提高系统的效率。…

革命性技术改变科学成像中的光致发光寿命测量

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研究人员公布了一种用于分析图像发光寿命的开创性方法。这一简单的技术采用廉价且易于获得的设备，为在环境和生物背景下深入研究化学动态开辟了新的可能性。例如，它使得以显著提高的时间和空间分辨率研究氧的动态成为可能。 来自马普海洋微生物研究所、莱布尼茨波罗的海研究所和哥本哈根大学的团队引入了这一创新技术，用于评估图像发光寿命。该方法利用负担得起的、常见的设备，促进了对环境和生物系统内化学动态的更深入研究。它的一个显著用途是以卓越的时间和空间精度捕捉氧的动态。 以氧为例；它在维持生命中扮演着至关重要的角色，理解它在生态系统中的行为是至关重要的。配备发光染料的光学传感器传统上已在海洋环境中绘制氧水平的地图，因为氧会降低这些染料的磷光寿命，从而指示其浓度。然而，成像发光寿命通常需要昂贵的专业设备，限制了其在许多研究和工业领域的使用。现在，来自马普海洋微生物研究所、莱布尼茨波罗的海研究所和哥本哈根大学的一个合作团队，以及国际合作伙伴，开创了一种新的成像发光信号寿命的方法。这一突破性的技术允许快速测量发光寿命，彻底改变了依赖光学传感和化学成像的领域。他们的研究成果已发表在期刊ACS Sensors上。 使发光寿命测量更易获取…

突破性发现：科学家揭示迅速降解的海洋水中生物塑料

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科学家们发现，纤维素二醋酸泡沫（CDA）是海洋水域中降解最快的生物塑料。这种创新泡沫被证明是聚苯乙烯泡沫和一次性塑料（如食品容器）的实际替代品，因为它提供了传统塑料的所有优点，而没有增加塑料废物。研究人员在一个海水流动槽中评估了这种可生物降解的泡沫。经过36周，CDA泡沫失去了65-70%的重量，降解速度是固体CDA的15倍。 伍兹霍尔海洋研究所（WHOI）的研究人员多年来一直在调查哪些塑料在海洋环境中的生命周期最短和最长，旨在识别主要导致海洋污染的塑料产品，如吸管和食品包装纸。随着越来越多的可生物降解材料（如纤维素二醋酸（CDA）——一种由木浆制成的聚合物）被开发，科学家们急于确保它们能够替代传统塑料而不会对海洋生态系统造成伤害。 经过多年的研究，CDA的新版本作为在海水中降解最快的生物塑料出现——这是聚苯乙烯等泡沫塑料产品的有希望的替代品，聚苯乙烯在自然界中可以存在很长时间。在最近发表的ACS可持续化学与工程一文中，WHOI研究人员Bryan James、Collin Ward、Chris…

革命性的量子时间计在一个设备中集成多个时钟

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量子物理学家们利用一种被称为纠缠的奇特现象，以提高光学原子钟的准确性，这种钟通过原子固有的“滴答”来测量时间。 想象一下走进一个房间，里面充满了各种的老式挂钟，每个钟以独特的间隔滴答。 来自科罗拉多大学博尔德分校和国家标准与技术研究所（NIST）的研究人员已成功地在原子和电子水平上再现了这种实验空间。他们的创新可能会导致先进光学原子钟的开发，这种设备通过监测原子的自然“滴答”来测量时间。 这种新钟的设计利用了多个按晶格结构排列的锶原子。为了提高其有效性，团队在原子组之间诱导了一种被称为量子纠缠的超凡互动——基本上将四种不同类型的钟合并为一个计时设备。 这不仅仅是一个普通的计时器：研究人员证明，在特定条件下，他们的时钟可以超越一种被称为“标准量子极限”的精度基准，物理学家亚当·考夫曼将其称为光学原子钟的“圣杯”。…

揭示秘密：发现的陨石的真实起源

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一个全球研究小组，包括来自CNRS1、欧洲南方天文台（ESO）以及捷克共和国查尔斯大学的三位研究人员，揭示了70%的所有已注册陨石降落来自仅仅三个年轻的 asteroid families。这些家族是在大约580万年、750万年和约4000万年前的主小行星带的最近碰撞后形成的。该团队还识别了其他陨石类型的来源，目前已经明确了超过90%的陨石的来源。这些发现发表在三篇论文中，第一篇于2024年9月13日发表在期刊Astronomy and Astrophysics上，另外两篇论文计划于2024年10月16日发表在Nature上。…

革命性的钻石结合方法为量子技术设立新标准

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最近的一篇研究论文通过开发一种新方法，直接将钻石与能够无缝集成量子和传统电子系统的材料结合，解决了科学家在钻石使用中面临的重大挑战。通过应用这项技术，团队成功地将钻石与各种材料（例如硅、熔融石英、蓝宝石、热氧化物和铌酸锂）结合，消除了中介“胶水”的需求。与通常用于量子比特研究的几百微米厚的块状钻石不同，他们结合了仅有100纳米厚的极薄晶体膜，同时保持了先进量子技术所需的足够自旋相干性。 合成钻石以其耐久性、化学稳定性、刚性、卓越的热导率和总体良好特点而闻名——使它成为量子和传统电子的优质材料。然而，存在一个挑战：钻石更喜欢仅与其他钻石结合。 这种偏好被称为同质外延，这意味着钻石只会在其他钻石表面上生长。因此，将钻石纳入量子或传统计算机、量子传感器、手机或其他技术通常会妥协钻石的性质，或需要使用大且昂贵的这一珍贵材料的块。 芝加哥大学普利兹克分子工程学院（PME）的助理教授亚历克斯·海高表示：“在电子学中，钻石在材料特性方面无与伦比，具有宽带隙、卓越的热导率和出色的介电强度，并且在量子应用中，它包含被认为是室温量子传感的黄金标准的氮空位中心。”他补充说：“然而，作为一个平台，钻石的使用是相当具有挑战性的。” 高实验室与阿贡国家实验室在《自然通讯》上发表的论文找到了一种开创性的解决方案，通过引入一种新方法，使钻石能够直接与在量子和传统电子系统中表现良好的材料结合。…

照明创新：光拓展烯烃合成的视野

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新加坡国立大学（NUS）的研究人员发现了一种简单的技术，可以将日常化学品，如羧酸、醇和烷烃，直接转化为有价值的烯烃。 烯烃是制造常见物品，如塑料、合成橡胶和精细化学品的重要原料，在现代化学和工业中至关重要。尽管近年来烯烃的生产取得了进展，但找到一种简单且可适应的方法，以将多种起始材料转化为烯烃，仍然是一个重大挑战。这一挑战的出现是因为目前制造烯烃的方法往往依赖于醛、酮或现有的烯烃作为起始点。 最近，NUS理学院化学系的吴杰副教授及其研究团队与同系的赵宇教授联合，揭示了一项创新的解决方案。这项研究与中国天津大学的马俊安教授合作完成。他们的新方法将两种已建立的化学过程——光催化自由基加成与诺里什类型II反应——合并为一种由光驱动的统一操作。研究团队利用一种易于获得且可重复使用的化学品——乙烯酮，作为合成烯烃的“烯化试剂”。通过调整乙烯酮涉及的反应条件，他们改善了这一过程，同时减少了不良副反应。 这项研究的结果已在《自然化学》期刊上发表。 这种可调方法更容易将有价值的烯烃从之前难以或无法获得的原料，如羧酸、醇和烷烃中提取。该方法的独特之处在于其高效的一锅法操作、广泛的起始材料适用性，以及能简化复杂生物活性物质合成的能力。此外，还可以通过从酸、醇或烷烃选择性地生成自由基，进行多功能化合物的晚期按需烯化。这一新方法作为传统烯化技术的有用替代品，标志着其在烯烃合成研究资源中的重要补充。…

揭开谜团：双棕矮星的发现

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一个国际天文学家团队发现著名的褐矮星Gliese 229B并不是一个单一的实体，而是一对紧密轨道的褐矮星，其质量分别约为木星的38倍和34倍，每12天互相绕行一次。 自1995年由加州理工学院的帕洛马天文台研究人员发现以来，Gliese 229B一直是众多研究的对象。然而，关于其相对于质量的昏暗程度仍然是一个重大谜团。褐矮星在质量上位于像木星这样的气态巨行星和恒星之间，天文学家估计Gliese 229B的质量约为木星的70倍。尽管如此，问题仍然存在，因为如此巨大的物体应表现出比观测到的更大的亮度。…

工程师在无线数据传输中实现破纪录的速度

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研究人员在无线通信领域取得了显著的里程碑，创造了新的世界纪录，承诺将大幅提升速度和可靠性。他们成功达到了总带宽145GHz，超过了之前无线传输记录的五倍。 来自UCL的研究人员在无线传输方面建立了开创性的世界纪录，为更快和更可靠的无线通信提供了希望。 研究团队以惊人的938千兆位每秒（Gb/s）的速度无线传输数据，使用了前所未有的5到150千兆赫（GHz）频率范围。 这个惊人的速度几乎是英国5G的最高平均下载速度的9380倍，后者目前为100兆位每秒（Mb/s）1。145GHz的整体带宽显著超过了之前的无线传输记录五倍以上。 无线网络通常通过有限的频率范围发送信息，标准技术如Wi-Fi和5G主要在6GHz以下运作。…

革命性的贾努斯超表面技术适应光方向

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研究人员已经突破了当前超表面技术所带来的挑战，成功创建了一种可以巧妙管理非对称光传输的贾努斯超表面。 超表面技术代表了一种光学前沿方法，提供了比传统技术更薄、更轻以及通过微型人造结构精确操控光的能力等优势。来自KAIST的研究人员通过开发一种能够熟练控制非对称光传输的贾努斯超表面推动了这一领域的发展。这一创新还引入了一种新的增强安全性的方法，确保信息只能在特定情况下被解码。 10月15日，KAIST在校长李光泫的领导下，透露由材料科学与工程系的申钟华教授领导的团队成功创造了一种贾努斯超表面，能够精准控制光传输的方向依赖特性。 这种独特的非对称特性根据入射光的方向做出不同反应，在多个科学和工程领域中至关重要。该团队开发的贾努斯超表面可以作为一个光学系统，在两个方向上执行不同的角色。 类似于罗马神祇贾努斯以两张面孔而闻名，这种超表面对光的方向作出截然不同的反应。它在一个设备内操作两个独立的光学系统（例如，从一个角度作为放大镜，同时从另一个角度作为偏振相机）。本质上，这项技术允许两个光学系统同时运行，例如在一个方向上是镜头，在另一个方向上是全息图像。…

揭示钴锰催化剂的秘密：深入解析其机制

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常规的用于水电解产生氢气的催化剂通常由贵金属构成，使其成本相当高。然而，出现了一些更实惠的选择，比如钴锰催化剂，显示出卓越的活性和长期稳定性。促成这些特性的关键元素是锰。长时间以来，锰的重要角色的原因仍然是一个谜。最近的研究终于揭开了其背后的机制。 氢气是一种重要的能源载体，可以通过水电解得到，尤其依赖于掺锰的钴尖晶石电催化剂。尽管这一效率令人瞩目，但其原因之前仍不清楚。 用于通过水电解生产氢气的传统催化剂通常涉及贵金属，导致成本高昂。幸运的是，更具经济性的替代方案如钴锰催化剂已投入使用。这些催化剂不仅表现出高活性，而且在较长的时间内也具有稳定性。锰的存在对这些特性至关重要，但其关键角色在很长一段时间内并未被理解。来自德国多所机构的研究人员，包括鲁尔大学波鸿、马克斯·普朗克可持续材料及化学能量转换研究所、于利希研究中心和杜伊斯堡-埃森大学，现已揭示了这一机制。他们的研究成果于2024年10月7日发表在期刊《先进能源材料》上。 多种方法的协同作用导致重要突破 通过施加电压，水被分解为氢气和氧气，其中氧气演化反应是限制因素。因此，科学家们正在寻找最有效的催化剂用于这一阶段。通常，钴电催化剂在特定的几何结构，即尖晶石结构的配置下，不仅效率低下，而且缺乏长期稳定性。幸运的是，随着锰的加入，这种情况戏剧性地改变。…

变革未来：创新分子随光和热而变化

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研究人员创造了能够可逆地改变其属性的光切换分子，不仅可以通过光照还可以通过热量进行变化。他们展示了这些分子可以作为记录信息的可重写介质。 在当今的数字世界中，很少有人仍在使用 CD-RW 保存数据。将数据重写到光盘上的技术是由相变材料实现的，这些材料可以通过激光利用光和热进行修改，但重写次数的最大限制为 1,000…
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