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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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坚实的基础：创新技术革命性地改变了结构完整性

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研究人员在一种名为互锁超表面（ILM）的新连接技术上取得了显著进展，该技术利用形状记忆合金（SMA）旨在增强结构的强度和稳定性，相较于传统的螺栓和粘合剂等方法。ILM有潜力彻底改变航空航天、机器人和生物医学设备等制造行业中的机械接头设计方式。 研究人员在一种开创性的连接技术——互锁超表面（ILM）上取得了重大进展。这项技术利用形状记忆合金（SMA）增强结构的强度和稳定性，超越了传统方法（如螺栓和粘合剂）所能提供的性能。ILM可能会重新塑造制造行业机械接头的设计，特别是在航空航天、机器人和生物医学应用方面。 “ILM有望在各种应用中彻底改变连接技术，类似于多年前魔术贴的影响，” 德克萨斯A&M大学材料科学与工程系主任易卜拉欣·卡拉曼（Dr. Ibrahim…

尖端人工智能能否破解视觉难题并解决抽象推理？

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人工智能已经在语言、艺术创作甚至击败国际象棋冠军方面变得熟练。然而，它能否解开抽象推理的复杂性——那些经常让人类感到困惑的视觉难题？研究人员正在评估人工智能的认知能力，通过推动多模态大型语言模型（MLLMs）来解决通常与人类智商测试相关的视觉问题。结果如何？揭示了人工智能的进展和它仍然遇到困难的领域。 人工智能在语言、艺术创作、甚至超越国际象棋冠军方面变得熟练。但它能否理解抽象推理——那些复杂的视觉难题，可能会让人类感到困惑？南加州大学维特比工程学院信息科学研究所（ISI）的研究人员正在评估人工智能的认知技能，测试多模态大型语言模型（MLLMs）在曾被认为是人类智商评估独有的视觉任务的表现。这一结果提供了对人工智能进展的洞察，以及它继续面临挑战的地方。 南加州大学维特比ISI的研究助理基安·阿哈巴恩和扎伊瓦尔·苏拉蒂最近探讨了MLLMs是否能够处理非语言抽象推理——需要视觉理解和逻辑思维的任务。他们将在2024年10月7日至9日在宾夕法尼亚州费城举行的即将召开的语言建模会议（COLM 2024）上分享他们的发现。 南加州大学维特比的计算机科学研究副教授、研究的共同作者杰伊·普贾拉表示：“我们每天都被关于人工智能能力的新消息淹没，这些消息往往是相当意外的。我们对新人工智能模型能够实现的理解仍然非常有限，直到我们理解这些限制，我们才能提升人工智能，使其变得更好、更安全和更实用。这项研究有助于阐明人工智能所面临的一个先前不清楚的方面。”…

模仿章鱼：用于水下导航的革命性技术

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科学家们正在从自然界中汲取灵感，以开发创新技术。最近的一项团队努力导致了一种模仿章鱼吸盘的粘合剂的创建，使其能够快速抓握和控制释放各种水下物品。这一能力可能成为水下检索和救援操作的关键资产。 在弗吉尼亚科技大学，一支研究团队在副教授迈克尔·巴特利特的指导下，开发了一种基于章鱼吸盘独特结构的灵感粘合剂，旨在迅速抓握和释放难以处理的水下物体。 这种粘合剂能够牢固地握住重石、小贝壳、软珠和各种其他碎片，使其成为水下打捞和救援任务中不可或缺的工具。他们的研究已发表于Advanced Science。 该项目涉及本科生研究人员奥斯丁·维亚、阿尔多·赫雷迪亚和丹尼尔·阿杰伊，研究生助理陈洪·李为主要作者。该研究得到了国家科学基金会通过其“设计材料以革命化和工程我们的未来”计划的支持。…

分子手性在增强核自旋耦合强度中的作用

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手性是一种几何特征，使分子能够以两种不同的形式存在，虽然化学上是相同的，但在三维上是彼此的镜像，就像左右手一样。之前，人们认为手性对核自旋之间的耦合没有影响，但最近的一项研究表明情况并非如此。研究表明，手性或方向性实际上影响核自旋之间的耦合强度。这个发现可能增强在化学和生物领域中检查电子和自旋的技术。 根据加州大学洛杉矶分校、亚利桑那州立大学、宾州州立大学、麻省理工学院和德累斯顿技术大学的科学家所做的新研究，核自旋之间的耦合强度受到分子的手性或方向性的影响。研究还发现，在特定手性的手性分子中（无论是左手性还是右手性），核自旋倾向于朝特定方向对准。相反，在具有相反手性的分子中，例如右手性分子，自旋则在相反的方向对准。 这一重要发现发表在《自然通讯》上，挑战了长久以来认为手性不影响这些耦合的观点。 这一新知识可能有助于探索分子的手性如何与其他分子相互作用，可能突出不同的手性是否会导致不同的反应。这种相互作用也可能阐明电子自旋在化学和生物学中的作用，因为核自旋可以间接反映电子自旋。 原子的核心由质子和中子组成，它们结合在一起，每个都展示了被称为“自旋”的量子特性。这种自旋产生一个磁场，类似于条形磁铁或流动电流。当具有磁性的核彼此靠近时，每个核会影响另一个核的自旋，这种现象被称为自旋-自旋耦合，类似于磁铁之间的相互吸引。…

在微胞技术中革命性进步以增强药物和染料分配

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胶束在水性溶液中分散疏水性墨水和药物至关重要。在一项最近的研究中，研究人员评估了由嵌段和随机共聚物形成的胶束在染料溶解方面的有效性。他们的目标是找到最佳结构以实现最佳染料溶解。他们的发现揭示，具有明显核-壳结构的嵌段共聚物胶束虽然溶解过程较慢，但能够容纳显著更多的染料，而随机共聚物胶束则具有更为弥散的结构。 胶束是典型由两亲分子形成的球形分子结构，具有嵌段结构，包含亲水和疏水组件。这些分子的疏水尾部聚集在一起形成核心，亲水头部则向外伸展，形成保护性外壳。这种配置使胶束能够在其核心中包含疏水性物质，同时将其在水性环境中分散。 胶束的一个实际例子是在肥皂中，它能够捕捉污垢和油脂，使其能够轻松用水冲洗掉。胶束可以使用嵌段共聚物形成，这些共聚物具有明显不同的亲水和疏水段，或是随机共聚物混合这些段。嵌段共聚物在制药行业中受到青睐，因为它们提供了对胶束特性的精确控制，但制造起来更复杂且成本更高。相比之下，随机共聚物在染料行业中常被使用，生产更简单且更经济。 由东京科学大学(TUS)的淺田雅彦先生和大塚秀典教授及DIC公司进行的研究专注于提高胶束在溶解染料方面的效率。他们的研究刊登在2024年7月14日出版的《软物质》杂志第20卷第26期的封面上，比较了嵌段共聚物和随机共聚物，以建立理想的胶束用于染料分散。 根据主笔大塚教授的说法，“虽然随机共聚物可以作为墨水生产中的分散剂，但它们的分散能力不尽如人意。我们研究了嵌段共聚物胶束，并评估了它们与随机共聚物的分散性能，以确定实现有效染料溶解所需的胶束结构。”…

革命性无障碍：高分辨率成像的颠覆性方法

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研究人员创造了一种方法，可以一次性将组织样本扩大20倍。这种简单而经济的方法可能使几乎任何生物实验室都能够进行纳米级成像。 传统上，在细胞内观察纳米级结构需要高端、昂贵的超分辨率显微镜。相比之下，麻省理工学院的研究人员提出了一种技术，允许在成像之前扩展组织，从而利用普通光学显微镜实现纳米级清晰度。 在他们最新的进展中，研究人员实现了一种显著的一步20倍组织扩展。这种简单且低成本的技术有可能让几乎每个生物实验室都能够进行纳米级成像。 麻省理工学院的化学教授、博德学院与哈佛大学和麻省理工学院整合癌症研究院的成员劳拉·基斯林表示：“这使成像变得大众化。此前，观察高分辨率图像需要依赖非常昂贵的显微镜。这种新方法使得通常无法用标准显微镜看到的结构得以可视化，从而通过消除对专业设施的需求，使成像更具可负担性。” 在这一技术提供的分辨率下，大约达到20纳米，研究人员可以观察细胞内的细胞器和蛋白质群。…

创新方法揭示隐藏的空气中PFAS污染物

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多年来，科学家们意识到空气中存在大量尚未被探测到的全氟和多氟烷基物质（PFAS），通常称为PFAS暗物质。然而，这一缺失的程度以及测量方法在很大程度上仍然未知。约克大学的一支专注于大气化学的研究团队现在开发出一种评估这种强效温室气体最常见成分的方法。 多年来，科学家们意识到空气中存在大量尚未被探测到的全氟和多氟烷基物质（PFAS），通常称为PFAS暗物质。然而，这一缺失的程度以及测量方法在很大程度上仍然未知。现在，约克大学的大气化学研究团队创造了一种测试这些强效温室气体最常见成分的方法。 通过分析气态氟，一种常见但常被忽视的污染物，科学家们可以深入了解之前未被认识的PFAS的程度，其中包括成千上万种有机氟化合物。这些化合物存在于从食品和油漆到牙线和农药等各种产品中，可能会将氟释放到大气中。 团队在控制实验室条件和户外环境中使用氟表面活性剂液体等化学物质测量释放到空气中的氟的数量。他们发现实验室空气中65%至99%的氟未被解释，而在户外，大约50%也未被检测到。 “虽然我预期会有缺失的氟，但我没想到数量会如此庞大。这种新方法可以检测大气中所有氟化合物，这是以前从未实现的，显示出我们目前的标准测量无法解释其中的大部分，”本研究的资深作者，约克大学科学学院Guy…

革命性3D打印方法更快且更可持续地生产独特物体

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一种新技术的开发使得创作者可以仅使用一种材料精确地调整3D打印物品的颜色、色调和纹理。这种新方法不仅更快捷，而且相较于传统方法所需的材料更少。 多材料3D打印促进了各种颜色和纹理的独特设计物品的创造。然而，这一过程可能非常繁琐，并导致材料浪费，因为当前的3D打印机通常需要在多个喷嘴之间切换，经常在开始使用另一种材料之前就处置一种材料。 来自麻省理工学院（MIT）和代尔夫特理工大学的研究人员推出了一种更有效、浪费更少的技术，该技术使用热敏材料在单一过程中打印多色和纹理的物体。 这一技术被称为速度调制熨烫，采用双喷嘴3D打印机。第一个喷嘴喷出热响应丝料，而第二个喷嘴则在打印表面移动，通过施加热量触发特定反应，如不透明度或表面纹理的变化。 通过调节第二个喷嘴的速度，研究人员可以产生精确的温度调整，使他们能够细微调整热敏丝料的颜色、色调和纹理。值得注意的是，此方法不需要任何硬件更改。…

宇宙合作：哈勃与新视野携手探索天王星

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美国国家航空航天局的哈勃太空望远镜和新视野号航天器最近聚焦于天王星，使科学家能够从两个不同的角度对比这颗行星。这一合作增强了未来观察其他恒星周围类似行星的研究计划。 美国国家航空航天局的哈勃太空望远镜和新视野号航天器最近聚焦于天王星，使科学家能够从两个不同的角度对比这颗行星。这一合作增强了未来观察其他恒星周围类似行星的研究计划。 天文学家将天王星视为太阳系外行星的代表，利用哈勃提供的高分辨率图像以及新视野号提供的更远的视角。这种双重观察有助于科学家为未来利用即将到来的望远镜成像其他恒星周围的行星做好准备。 “尽管我们预期天王星在不同滤镜下的外观会有所变化，但我们发现它比我们根据新视野号从不同角度的观察所预期的要暗淡，”来自麻省理工学院剑桥校区的新视野号科学团队成员首席作者萨曼莎·哈斯勒表示。 对太阳系外行星的直接成像对于理解它们支持生命的潜力至关重要，因为这可以提供关于我们自己的太阳系形成和起源的见解。天文学家利用直接成像和光谱学分析目标行星的光并评估各个波长的亮度。然而，由于太阳系外行星距离遥远，它们的成像面临重大挑战，通常仅能捕捉到缺乏细节的点状图像，且这些细节不如近距离观测到的太阳系内天体。研究人员通常只能在“部分相位”期间直接成像太阳系外行星，此时地球上看到的行星仅有一部分被其恒星照亮。…

揭示秘密：原始宇宙中的内外银河系形成

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  科学家利用NASA/ESA詹姆斯·韦布太空望远镜（JWST）观察了宇宙早期，一个仅在大爆炸后7亿年的星系的“从内向外”成长。 这个星系的大小约为银河系的百分之一，但在宇宙的早期阶段却展示出意想不到的成熟程度。它就像一个繁忙的城市，中心密集，星星众多，而边缘地区则人口相对稀少。此外，类似于城市的蔓延，新星的形成在边缘地区日益加剧。 这标志着已知的最早的从内向外的星系成长观测。早于韦布，研究如此早期宇宙中的星系发展是不可行的。虽然韦布捕捉的图像代表了一个时刻，但以剑桥大学为首的研究人员认为，研究类似的星系可以增强我们对它们如何从气体云演变成我们今天所见的复杂结构的理解。这些发现发表在《自然天文学》期刊上。 “在宇宙时间中理解星系的演化是天体物理学中的一个关键主题，”共同首席作者剑桥大学卡文迪什实验室的桑德罗·塔切拉博士表示。“我们对过去一千万年的数据有很好的了解，并且对附近的星系也有研究，但现在在韦布的帮助下，我们可以获取数十亿年前的观测数据，探索宇宙历史的头十亿年，提出无数新的问题。”…

在混沌中揭示秩序：三体问题的新发现

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当三个大型天体在太空中相互作用时，它们的引力会以看似随机和不可预测的方式相互影响。这种现象通常被描述为混沌。然而，最近的研究表明，这些相互作用并不是陷入混沌，反而可以遵循特定的模式，这通常导致一个物体迅速被排除在系统外。这个突破性的发现可能显著增强我们对引力波和其他宇宙现象的理解。 当三个大型天体在宇宙中相遇时，它们施加在彼此上的引力导致不可预测的结果。通常，这被视为混沌。然而，来自哥本哈根大学的一位研究者发现，这些遭遇通常会遵循特定的模式，导致其中一个物体的快速排除。这一发现可能对加深我们对引力波和其他宇宙相关概念的理解至关重要。 目前，Netflix上最受欢迎的系列是三体问题的科幻改编。该剧改编自刘慈欣的小说系列，展示了多样化的角色、多重时代，甚至外星生物。其核心主题围绕一个三个恒星相互轨道运行的恒星系统展开。 这个恒星系统由三个相互施加引力影响的天体组成，自艾萨克·牛顿，重力之父，首次解释它以来就吸引了科学家的关注。虽然两者之间的相互作用是可预测的，但添加第三个物体会将场景转变为复杂而混乱的情况。 “三体问题是数学和理论物理学中最著名的无法解决的难题之一。该理论表明，当三个物体聚集在一起时，它们的相互作用是混沌发展的，没有任何规律性，完全独立于其初始条件。然而，我们的广泛模拟显示，在这混沌之中存在‘规律的岛屿’，这取决于三个物体的初始位置及其接近彼此时的速度和角度，”哥本哈根大学尼尔斯·玻尔研究所的阿莱桑德罗·阿尔贝托·特拉尼表示。…

生命构建块的旅程：通往地球的宇宙冒险

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研究人员通过检查在陨石中发现的锌的化学特征，追踪地球上挥发性元素的来源。他们的发现表明，如果没有“未熔化”的小行星，地球可能没有足够的挥发性化合物以支持生命的发展。 研究人员通过检查在陨石中发现的锌的化学特征，追踪地球上挥发性元素的来源。他们的发现表明，如果没有“未熔化”的小行星，地球可能没有足够的这些化合物以支持生命的发展。 挥发性化合物是在相对低温下转变为蒸气的物质，包括生命和水所必需的六种关键元素。陨石中存在的锌具有独特的成分，可以揭示地球挥发性的来源。 来自剑桥大学和伦敦帝国学院的科学家们以前确定地球的锌来源于我们太阳系的多个区域，其中约一半来自于木星以外的区域，另一半来自靠近地球的区域。 “关于生命起源的一个最基本的问题是，生命演化所需的材料来自何处，”剑桥大学地球科学系的Rayssa…
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