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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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减少聚变反应堆性能中的不稳定表现

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最近的实验结果表明，向托卡马克中添加硼可能有助于保护聚变容器的壁并防止墙壁原子污染等离子体。新的计算建模方法显示，硼粉可能只需从一个点分配。这些发现和建模框架将在本周的第66届美国物理学会等离子物理分会年会上进行分享，会议将在亚特兰大举行。 从事聚变技术研究的科学家们越来越倾向于将钨作为与聚变反应堆内等离子体直接接触的组件的主要材料，这些反应堆被称为托卡马克和斯特拉拉特。但由聚变等离子体产生的极高温度可能导致钨原子从墙壁脱落并进入等离子体。等离子体中过多的钨会显著降低等离子体的温度，从而使聚变反应的维护变得复杂。美国能源部普林斯顿等离子物理实验室（PPPL）的研究人员发现，向托卡马克中引入硼粉可能有助于解决这个问题。 硼提供了一种部分屏障，保护反应堆壁不受等离子体的影响，从而减少墙壁原子进入等离子体的流入。PPPL研究人员开发的一种新的计算建模框架表明，从一个点施加硼粉可能就足够了。本周在亚特兰大举行的第66届美国物理学会等离子物理分会年会上将讨论这些实验发现和建模框架。 托卡马克实验科学副主管约瑟夫·斯奈普斯对基于实验的固态硼注入系统表示乐观，这些实验表明在注入固态硼后钨溅射减少。这些实验是在位于德国、中国和美国的三个钨壁托卡马克中进行的。 “硼以粉末形式撒入托卡马克等离子体，类似于从调味瓶中摇出盐，硼在等离子体边缘被电离，然后附着在托卡马克的内壁和排气区域，”他解释道。“一旦墙壁涂覆上一层薄薄的硼，它就会防止钨进入等离子体并消耗等离子体能量。”…

揭示天体奥秘：詹姆斯·韦布太空望远镜为年轻恒星系统带来了新的见解

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行星形成盘由围绕年轻恒星旋转的气体和尘埃组成，作为行星系统的诞生地，包括我们自己的太阳系。最近的发现揭示了持续塑造和修改这些盘的气体运动的更多信息。 在可见宇宙中，每秒诞生超过3000颗恒星。这些恒星中许多被天文学家称为原行星盘所环绕——一种动态的“煎饼”，由加热的气体和尘埃组成，是行星形成的起点。尽管我们了解这些知识，恒星和行星系统形成的确切机制仍然有些神秘。 来自亚利桑那大学的研究人员，利用NASA的詹姆斯·韦布太空望远镜，在揭示影响原行星盘的动态方面取得了进展。他们的观察为大约46亿年前的太阳系早期条件提供了一瞥。 该团队成功追踪了被称为盘风的气体流，这些气体流从盘中逸散到太空的空虚中。主要由磁力驱动，这些风速可达到每秒数十英里。这项研究的发现发表在自然天文学上，显著增强了我们对年轻行星系统形成与演化的理解。 伊拉里亚·帕斯库奇，亚利桑那大学月球与行星实验室的首席作者和教授，强调了在原行星盘中一个关键过程是恒星从其盘中吸收物质，这一现象被称为积累。…

银河奇迹：发现最远旋转盘状星系

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研究人员发现了有史以来与银河系相似的最遥远的星系。该星系被称为REBELS-25，这个盘状星系看起来与现代星系一样有序，但我们是在宇宙仅仅经历了7亿年时观察到它的。这是令人惊讶的，因为我们当前对星系形成的知识表明，这么早的星系应该看起来更加混乱。 研究人员发现了有史以来与银河系相似的最遥远的星系。该星系被称为REBELS-25，这个盘状星系看起来与现代星系一样有序，但我们是在宇宙仅仅经历了7亿年时观察到它的。这是令人惊讶的，因为我们当前对星系形成的知识表明，这么早的星系应该看起来更加混乱。REBELS-25的特征，包括其旋转和结构，是使用阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列（ALMA）揭示的，该项目由欧洲南方天文台（ESO）支持。 我们今天观察到的星系已经从早期宇宙中典型的混乱、不均匀的星系转变而来。“根据我们对星系形成的理解，我们预计大多数早期星系会小且无序，”荷兰莱顿大学的天文学家、该研究的合著者Jacqueline Hodge解释道。 这些无序的早期星系彼此碰撞，并在极长的时间内逐渐演变成更加有组织的形状。目前的理论表明，要使一个星系类似于我们的银河系——以旋转的盘和明确的特征（如螺旋臂）为特征——需要经过数十亿年。然而，REBELS-25的发现对这一演化时间表提出了质疑。…

革命性纳米管自旋量子比特提供无方向约束的磁场传感器

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普渡大学的研究人员取得了重大进展，创造了一维氮化硼纳米管（BNNTs），目前正在申请专利。这些纳米管包含自旋量子比特或自旋缺陷，在高分辨率下检测偏轴磁场的能力远超过传统的扫描探针磁场显微镜中通常使用的金刚石尖端。 物理学和电气与计算机工程教授李通昌正处于这一创新工作的最前沿。他还与普渡量子科学与工程研究所有联系。他的团队包括研究生高星宇、苏穆克·维迪亚和萨克希·迪克希特，他们是发表在同行评审杂志《自然通讯》上的一项研究的共同作者。 李解释说：“BNNT自旋量子比特对偏轴磁场的灵敏度超过了金刚石氮空位中心，后者主要响应与其轴对齐的磁场，但对垂直磁场的响应较少。此外，BNNT比脆弱的金刚石尖端更具成本效益且更耐用。” BNNT的潜在应用包括评估磁场变化的量子传感技术，以及在原子级别收集数据。 高补充道：“它们在半导体行业和纳米级MRI（磁共振成像）中也很有价值。”…

革命性的光学技术：手性胶囊创新的出现

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简单的利用从萜类化合物制成的手性胶囊进行包 encapsulation，使非手性有机染料在水中表现出手性光学特性，而无需复杂的化学变化，科学家们在最近的报告中指出。这些分子创新可能会在数字存储、生物医学和催化等相关领域的各种光学技术中带来重大进展。 手性是生物学中的一个重要特征，关键生物结构（如DNA和蛋白质）的分子成分是手性的。手性分子无法与其镜像重叠，就像你的左手无法与右手完美匹配一样。值得注意的是，手性可以影响分子或组装体与光的相互作用，尤其是在圆偏振光的情况下。 随着对先进光学技术需求的增加，'手性光学活性'的组件可以用于今天的显示器、光学存储系统、分析设备和生物医学。因此，科学家们一直在寻找创新的方法，使传统的非手性染料表现得像手性活性分子。通过利用“手性转移”，封装在手性分子结构中的非手性染料可以获得手性光学特性。然而，由于现有设计的复杂性和不灵活性，创建实用的手性胶囊一直很困难。 在最近发表于《美国化学会杂志》的论文中，由东京科学研究所的助理教授田中优也和桥本义久领导的团队介绍了一种新的更简单的解决方案。他们设计了由植物中发现的天然化合物萜类衍生的新型手性胶囊。这些基于萜类的胶囊为在其腔体内部赋予不同非手性染料手性提供了一种高效和灵活的方法。…

复兴量子点太阳能电池：平滑折叠性能的艺术

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研究人员引入了一种新型配体，以提高钙钛矿量子点太阳能电池的效率和耐久性，将效率提升至15.3%，通过修复量子点的表面畸变。 由DGIST能源科学与工程系的崔钟民教授领导的团队，与庆尚国立大学的李泰京教授和国民大学的金永勋教授合作，取得了显著进展。他们开创了一种新技术，通过应用“钙钛矿量子点”来增强太阳能电池的性能和耐用性。通过解决这些量子点表面的畸变问题，他们成功地创造了更耐用的太阳能电池。 钙钛矿量子点是下一代太阳能电池的重要材料。它们以有效地将光转换为电的显著能力和易于大规模生产而著称，这些材料要求与其表面结合的“配体”被更换以在太阳能电池中实现最佳使用。不幸的是，这种更换往往会导致畸变，可以与皱巴巴的纸张相比较，这对太阳能电池的性能和寿命产生负面影响。 为了克服这一挑战，崔教授的团队实施了从两侧紧紧抓住量子点的短配体，基本上抚平了皱褶的表面。这种方法有助于恢复晶格结构并减少表面缺陷，从而使太阳能电池能够更高效地运行，同时也增加了其耐用性。因此，这些太阳能电池的功率转换效率从13.6%上升至15.3%，在15天后仍保持83%的性能，显示出显著的稳定性。 “我们的研究集中在最小化量子点表面的缺陷，并通过引入这些两亲配体来增强其稳定性，从而显著提高了太阳能电池的效率和稳定性，”…

海洋温度升高可能导致与鲸鲨的更多碰撞

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全球变暖可能加大大鳍鲸面临大型船只的风险，最近的一项研究表明。 根据发表在《自然气候变化》上的一项新研究，全球变暖可能会提升大型船只对大鳍鲸的威胁。 南安普顿大学和海洋生物协会（MBA）的科学家预计，海洋温度的上升将推动这种已经受到威胁的物种进入与繁忙航运线路交叉的新区域。 研究结果表明，到本世纪末，大鳍鲸与大型船只在同一区域出现的可能性可能会比目前水平增加多达15,000倍。 首席作者、南安普顿大学和MBA的博士后研究科学家弗雷娅·沃默斯利博士表示：“在高排放情景下，大鳍鲸栖息地的变化最为明显。全球的重组可能导致某些区域的栖息地大幅减少，同时由于海洋变暖和其他条件的变化，海洋交通的碰撞率也会增加。”…

精准掌控：先进材料工程新时代

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研究人员发现，当一种特定类型的粒子——具有独特磁性的小珠子——暴露在快速变化的旋转磁场中时，它们倾向于形成依赖方向的结构，称为各向异性结构。这个发现很重要，因为可以调整各向异性以创造具有不同属性的新材料结构。 这些粒子比常规的分子或原子大，但又小到不能被肉眼看到，需要使用显微镜，它们能够形成各种有用的结构，如微型机器人的小螺旋桨、细胞探针和用于靶向药物递送的可操控微轮。 莱斯大学的化学工程师团队，在丽莎·比斯瓦尔的带领下，发现将这些特殊磁化的微米级珠子暴露于快速变化的旋转磁场中，促使它们自组装成各向异性排列。这是一个重要的突破，因为它允许通过操控各向异性来工程化新的材料属性和结构。 “我们的主要发现是，通过在每次旋转后改变磁场的旋转方向，我们可以在这些粒子之间创建一种各向异性相互作用势，这一点直到现在尚未得到充分探索，”比斯瓦尔实验室的研究科学家、该研究的首位作者阿尔多·斯帕塔丰·萨拉萨尔解释道，该研究发表在《美国国家科学院院刊》上。 所研究的粒子被称为超顺磁胶体，这类粒子对磁场反应强烈，在开发具有特定功能的先进材料方面非常有价值，另外的首位作者达娜·洛布迈尔表示。…

变革性动态：高阶交互如何重塑复杂系统

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科学家们讨论了高阶相互作用如何在大规模甚至全球范围内改变一个系统。 网络由节点及其连接组成，帮助研究人员建模动态系统，如疾病传播或大脑如何处理信息。虽然节点之间的成对相互作用可以说明个体之间的关系——比如大脑中的神经元连接——但研究人员也研究涉及三个或更多节点的相互作用。这些高阶相互作用揭示了在仅关注对时所未能发现的变化和现象。 元朝张，SFI复杂性博士后研究员，研究了高阶相互作用对小规模系统的影响。在最近发表在《科学进展》上的一项研究中，他分享了他关于这些相互作用如何改变更大甚至全球规模系统的发现。“我们的目标是理解它们如何改变整个格局，”他说。 张和他的团队发现，高阶相互作用可以创造更深的“吸引盆地”，这些盆地代表一组起始点，随着时间的推移最终到达同一状态。在摆的类比中，最低点被视为吸引子，因为每一个潜在的起始点都位于吸引盆地中，因为它们最终都会汇聚到那里。在大脑通过复杂数学问题时，通向解决方案的思维过程——理想情况下是正确的过程——存在于吸引盆地内。更深的盆地意味着这些解决方案具有更大的稳定性；也就是说，起始点更快速地到达最低点，或从小扰动中迅速恢复。 有趣的是，然而，张和他的研究人员发现，随着盆地的加深，它们也变得更窄。虽然进入盆地的起始点到达得更快，但总体来说，达到底部的起始点则更少。“当从景观中的一个随机点开始时，我们似乎永远无法到达[吸引盆地]，”张指出。高阶相互作用引入了一种尚未广泛研究的非线性类型。…

创新技术革新PVC产品的耐用性

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研究人员发现了一种增强特定类型塑料耐用性的方法，使其不容易释放有害的微塑料。 研究人员发现了一种增强特定类型塑料耐用性的方法，使其不容易释放有害的微塑料。 该研究集中于一种可靠的方法，将化学添加剂与聚氯乙烯（PVC）结合。 PVC常见于各种产品中，如玩具、建筑材料和医疗包装，使其成为全球第三大使用的塑料。尽管PVC很流行，但纯PVC往往脆弱且对热敏感，因此制造商在使用前通常需要用额外的化学物质来稳定它。 然而，这些稳定性添加剂，也被称为增塑剂，提供的只是临时解决方案。随着时间的推移，这些物质会逸出，导致塑料分解成潜在有害的化合物和微塑料。由俄亥俄州立大学化学和生物化学副教授Christo…

“NASA的詹姆斯·韦伯太空望远镜揭示了遥远银河系中宇宙第一颗恒星起源的线索”

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通过NASA的詹姆斯·韦伯太空望远镜，天文学家们观察早期宇宙，取得了一项开创性的发现：一个展现出不寻常光谱特征的星系，据信其气体的光度超过了恒星。这个星系被称为GS-NDG-9422（9422），是在大爆炸后约十亿年左右被识别出来的，可能代表了星系发展的一个关键过渡阶段，处于宇宙第一批恒星与我们今天所认识的成熟星系之间。 “当我第一次观察到这个星系的光谱时，我的第一反应是‘这很奇怪’，这与韦伯望远镜揭示早期宇宙中全新现象的目的完全一致，这将提升我们对宇宙演化的理解，”来自牛津大学的首席研究员亚历克斯·卡梅伦（Alex Cameron）说道。 卡梅伦与理论家哈雷·卡茨（Harley Katz）讨论了这些特殊发现。随后，他们的团队发现，模拟由极其炙热的巨大恒星加热的宇宙气体云——以至于气体的光度超过了恒星本身——与韦伯观测结果高度一致。…

液化天然气的意外碳影响：它比煤炭更糟糕吗？

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康奈尔大学的一项最新研究表明，当考虑从开采到运输的整个过程时，液化天然气（LNG）的温室气体排放特征比煤炭更加有害，增加了33%。 该研究的作者、生态学和环境生物学教授罗伯特·霍华斯表示：“天然气和页岩气都对气候产生负面影响，但液化天然气（LNG）甚至更糟。LNG源自页岩气，生产它需要将其超冷至液态，然后使用大型油轮运输。这一过程需要消耗大量能源。” 这项名为“从美国出口的液化天然气（LNG）的温室气体足迹”的研究于10月3日在《能源科学与工程》杂志上发表。 霍华斯指出，在液化天然气的开采、加工、运输和储存过程中产生的甲烷和二氧化碳排放约占其整体温室气体影响的一半。 根据研究，在20年的时间内，液化天然气的碳足迹比煤炭高出三分之一，评估标准是基于全球变暖潜力，后者评估各种温室气体对大气的影响。霍华斯补充说，即使在更宽松的100年时间框架内，液化天然气的碳足迹也与煤的相当或超出。…
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