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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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利用人工智能推动疼痛管理和药物发现的革命性进展

  大约20%的美国人 suffer from chronic…

创新的软可持续材料:自然与塑料的融合

使用肽和大型塑料分子的成分,材料科学家创造了小型、可适应的纳米级丝带,这些丝带通过储存能量或记录数字数据来像电池一样工作。 忘掉僵硬和不屈的材料吧。一个新的柔软、环保的电活性材料正在引起轰动——它将彻底改变医疗设备、可穿戴科技以及我们与计算机的互动方式。 西北大学的研究人员使用肽和大型塑料分子的片段,创造了来自微小、柔韧的纳米级丝带的材料,这些材料可以像电池一样充电,以储存能量或捕捉数字信息。这些材料具有高度的能效、生物相容性,并且由可持续资源生产。它们可能导致超轻的电子设备,同时最小化与电子生产和处置相关的环境足迹。 这项研究的结果将于10月9日在《自然》杂志上发表。 随着进一步的发展,这些新型柔性材料有可能用于低功耗、高能效的微型存储芯片、传感器和储能设备。研究人员还可以将这些材料集成到织物中,为智能织物或粘附式医疗植入物铺平道路。目前,现有的可穿戴技术中,电子元件通常通过手腕带笨拙地连接。然而,凭借这些新材料,手腕带本身就可以整合电子功能。…

解码风味:揭示电子舌的人工智能秘密

研究人员创造了一种新型电子舌,能够区分相似液体,如水含量不同的牛奶、各种类型的苏打水和咖啡混合物、果汁变质的迹象以及食品安全问题。研究结果表明,当人工智能(AI)应用自身的评估指标来解释电子舌的数据时,其准确性有所提高。 开发的一种新电子舌能够检测相似液体之间的区别,例如水含量不同的牛奶、各种类型的苏打水和咖啡混合物、果汁变质的迹象以及食品安全问题。研究团队由宾州州立大学的专家组成,发现当人工智能(AI)建立自己的分析标准来处理电子舌生成的数据时,结果的准确性大幅提高。 该团队于10月9日在《自然》杂志上发布了他们的研究成果。 根据研究结果,电子舌有望增强食品安全和生产,同时在医疗诊断领域也有应用前景。该传感器结合人工智能,能够有效地检测和分类各种物质,同时评估其质量、真实性和新鲜度。这一过程还帮助研究人员深入了解人工智能的决策机制,可能有助于推进行业技术的进步。 “我们努力创建一种人工舌头,但我们体验不同食品的方式比舌头要复杂得多,”首席作者、阿克利工程教授萨普塔尔希·达斯解释道。“舌头包括与食物相互作用的味觉受体,并将信息传递给味觉皮层,后者充当生物神经网络。”…

揭示多晶材料的原子机械学

研究人员通过首次捕捉到多晶材料中晶粒旋转的原子级观察,取得了突破性的进展。利用最先进的显微镜技术,研究团队加热铂纳米晶薄膜样本,观察晶粒旋转背后的详细机制。 加州大学尔湾分校的科学家,与其他全球机构合作,首次成功实现了对多晶材料中晶粒旋转的原子级观察。这些材料在电子设备、航空航天技术、汽车工业和太阳能系统等多种应用中至关重要。多年来,它们独特的性质和结构行为得到了广泛研究。 研究人员利用加州大学尔湾分校材料研究所的先进显微镜工具,将铂纳米晶薄膜样本加热,以前所未有的清晰度研究晶粒旋转背后的机制。他们的发现已在最近发表的《科学》杂志上公布。 通过使用四维扫描透射电子显微镜和高角环形暗场STEM等复杂技术,研究解决了通过开发新机器学习算法来解释大量4D-STEM数据集的挑战。这种创新工具帮助从数据中提取关键细节,使原子相互作用的实时可视化成为可能,特别是晶粒边界处的脱连接如何发挥重要作用。 “数十年来,研究人员一直推测晶体晶粒边界发生的现象,但现在--得益于利用最前沿的仪器--我们已经从假设转向实际观察,”加州大学尔湾分校材料科学与工程的杰出教授及首席作者潘晓青解释道。…

革命性太阳能驱动海水淡化系统无须额外电池运行

工程师们开发了一种太阳能海水淡化系统,能够生成大量的洁净水,即使阳光在一天中不断变化。这个创新系统比其他太阳能设计成本更低,因为它不依赖额外的电池进行能量储存。 麻省理工学院的工程师们创造了一种与太阳周期协同工作的开创性淡化系统。 这个新设计的系统有效地根据可用的太阳能强度去除水中的盐分。随着白天阳光的增强,淡化过程也在加剧,自动调节其运作以应对阳光的变化,比如当云层经过时减少产量或在天气转晴时增加产量。 这种快速的适应性使得该系统能够高效地利用太阳能,尽管阳光在日常中存在变化,仍能产生大量的洁净水。与其他基于太阳能的淡化技术不同,麻省理工学院的这一系统不需要额外的电池或来自电网的辅助电力。 工程师们对新墨西哥州地下水井的社区规模原型进行了为期六个月的测试,尝试不同的天气条件和水类型。平均而言,该系统捕获了其太阳能电池板所产生的超过94%的电能,甚至在天气变化剧烈的情况下也能每日生产多达5000升的水。…

革新能源:人工智能如何加速对量子材料的搜索

寻找新的LED、太阳能电池和光探测器需要深入了解材料的光学特性,这通常是一个耗时且资源密集的过程。然而,研究人员推出了一种突破性的AI工具,它可以比传统量子模拟更快地预测这些光学特性。 来自东北大学和麻省理工学院(MIT)的合作团队开发了一种新型AI工具,能够生成与量子模拟同等精度的高质量光谱,但速度快达百万倍。这一创新可能会大大增强光伏和量子材料的开发。 掌握材料的光学特性对于制造光电设备(包括LED、太阳能电池、光探测器和光子集成电路)至关重要。这些设备在当前半导体产业的复兴中发挥了关键作用。 传统的光学特性计算方法涉及复杂的数学方程和大量的计算资源,使得快速评估广泛材料变得具有挑战性。克服这一障碍可能会导致新型光伏材料的识别以及通过其光谱更深入地理解材料的基本物理性质。 由东北大学前沿跨学科科学研究所(FRIS)的助理教授阮俊鸿和麻省理工学院核科学与工程系的副教授李明达领导的团队,通过创建一种新的AI模型来实现这一目标,该模型能够利用材料的晶体结构作为输入,预测广泛光频率范围内的光学特性。…

揭示自旋:关于黑洞周围超高亮度吸积盘进动的新见解

研究人员根据广义相对论的原理进行了旋转黑洞的突破性模拟。他们的工作揭示了超光度吸积盘,即围绕黑洞旋转的气体团块,展现出受到黑洞自旋影响的进动运动。这一发现表明,黑洞的自旋可能是驱动这些超光度吸积盘中所观察到的规律性亮度变化的主要因素。 筑波大学的研究人员根据广义相对论的原理进行了旋转黑洞的突破性模拟。他们发现超光度吸积盘(围绕黑洞的气体螺旋)显示出一种受黑洞自旋影响的进动运动。这一发现表明,这种自旋可能是导致这些超光度吸积盘中识别出的周期性亮度变化的关键因素。 气体由于黑洞强大的引力而围绕其运动,形成吸积盘。这些盘是宇宙中最有效的能量转换源之一,发出光和等离子体喷流。当黑洞旋转时,吸积盘的行为就像一个在摇摆的陀螺。进动运动在光度较低的吸积盘中已经被观察到,但尚不清楚在发出大量辐射的超光度吸积盘中是否会发生相同的效果。 筑波大学的研究人员进行了基于广义相对论的大规模辐射和电磁流体动力学模拟。他们首次证明倾斜的超光度吸积盘的进动运动是由于黑洞的自旋。此外,这种摇摆运动改变了黑洞产生的喷流和辐射的方向,表明自旋可能是导致超光度吸积盘中所见的周期性亮度变化的原因,这一点之前并未被认识到。 未来,研究人员计划通过将长期模拟结果与观测数据进行比较,确认黑洞是否确实在旋转。这项突破性工作将增强我们对黑洞自旋对宇宙事件影响的理解,并为验证黑洞及广义相对论的时空框架作出重要贡献。…

揭示秘密:火星是如何失去其可居住性。

美国国家航空航天局(NASA)的好奇号探测器目前正在研究火星的盖尔陨石坑,揭示了有关这个星球古老气候如何从可能支持生命的状态转变的最新见解——显示出表面有大量液态水的迹象——到如今贫瘠且不适合已知生命生存的状态。 尽管今天火星的表面寒冷且抑制生命,但NASA的机器人任务正在探寻证据,表明这个星球在遥远的过去可能曾经拥有生命。研究人员使用搭载在好奇号上的先进仪器,分析了在盖尔陨石坑收集的富含碳矿物(称为碳酸盐)的同位素组成,揭示了有关红色星球气候变化的重大信息。 来自马里兰州格林贝尔特的NASA戈达德太空飞行中心的戴维·伯特(David Burtt)是10月7日在《美国国家科学院院刊》上发表的关于该研究的论文的第一作者,他指出,"这些碳酸盐的同位素读数表明,曾发生了大量的蒸发,暗示它们可能是在只能短暂支持液态水的条件下形成的。" 他进一步提到,"我们的样本与曾在火星表面存在生命的古老环境不符,尽管这并没有排除在这些碳酸盐形成之前,生命存在于地下或表面的可能性。”…

氨分解技术的革命性发现

利用氨被视为氢气运输的一个有前景的策略。然而,需要一种有效的方法将其重新转化为氢气和氮气。 一个全球研究团队揭示了关于铁催化剂如何运作的新发现,使得氨分解为氮气和氢气成为可能。氢气通常被转化为氨,以便于更轻松的运输。因此,高效的催化剂对于恢复氨的原始成分的反向过程至关重要。德国鲁尔大学、位于默尔海姆的马普化学能源转化研究所(MPI CEC)、柏林工业大学和意大利热那亚理工学院的研究人员共同努力,详细说明了铁催化剂如何促进这一反应,其研究成果发表于2024年9月6日的期刊《ACS Catalysis》上。 使氢气可运输…

全行业中全息3D打印的颠覆性潜力

研究人员提出了一种创新的3D打印技术,利用声学全息图,称为全息直接声打印(HDSP)。这种新方法增强了2022年介绍的技术,后者解释了如何在微观气穴区域——微小气泡中发生的声化学反应产生极高的温度和压力,在极短的瞬间使树脂固化成复杂的设计。通过结合显示设计横截面视图的声学全息图,这种方法加速了聚合过程,使得物体可以同时创建,而不是逐个体素构建。 康考迪亚大学的研究人员推出了一种创新的3D打印技术,利用声学全息图,承诺更快的生产速度和制造更复杂物体的能力。 这种被称为全息直接声打印(HDSP)的方法在《自然通讯》期刊的一篇最新出版物中进行了概述。它改进了2022年描述的先前方法,该方法强调了微小气泡形成内的声化学反应如何在十亿分之一秒内产生极高的温度和压力,使树脂能够固化成复杂的形状。 通过使用持有特定设计横截面图像的声学全息图,聚合过程可以加速发生,允许多个物体同时生产,而不是逐体素进行。 为了保持所需图像的准确性,全息图保持在打印介质中的固定位置。打印平台连接到一个机械臂,机械臂根据预配置的算法进行操作,以创建最终物体。…

通过水分解生成氢气的革命性技术以实现可持续能源解决方案

研究人员创造了一种创新的方法,利用选择性、微小的助催化剂有效地分解水并生产氢气,这是一种清洁的燃料选择。 在急切寻找氢气等清洁能源替代品以实现碳中和的过程中,来自东北大学、东京科学大学和三菱材料公司的团队在提高光催化过程的效率方面取得了重大进展,该过程将水分解为氢气。 东南大学的首席研究员根岸裕一教授表示:“水分解光催化剂可以仅使用阳光和水来产生氢气(H2)。”他说:“然而,当前的方法尚未优化到足以满足实际使用的程度。通过增强这种活性,我们可以利用氢气为未来的能源社会铺平道路。” 研究团队设计了一种新方法,利用超细的铑(Rh)-铬(Cr)混合氧化物(Rh2-xCrxO3)助催化剂,粒径约为1纳米。它们被战略性地加载到光催化剂(使用阳光和水加速反应的材料)的特定晶面上。之前的尝试未能同时实现这两个目标——创建可以应用于光催化剂特定区域的小型助催化剂。 较小的颗粒尺寸至关重要,因为由于比表面积的增加,它可以显著提高每单位加载助催化剂的活性。此外,选择性加载也很重要;如果助催化剂随机放置,它们可能会降落在晶体的某些部分,而这些部分无法进行所需的反应。…

利用人工智能和量子力学革新药物发现

南 Methodist 大学 (SMU) 开发了…