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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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革命性小鼠模型提供了对COVID-19感染动态的洞察

科学家创造了六个人人体化的小鼠品系,这些小鼠对于研究人类的COVID-19非常重要。 拉荷亚免疫学研究所(LJI)的科学家们开发了六个人人体化的小鼠品系,可以作为研究人类COVID-19病例的宝贵模型。 最近发表在eBioMedicine的研究强调了这些小鼠模型在COVID-19研究中的重要性。这些小鼠的细胞经过改造,包含两个在SARS-CoV-2感染人类过程中发挥关键作用的人类分子。此外,这些人体化小鼠已在两种不同的免疫背景下开发。这一进展可以增强我们对SARS-CoV-2在体内传播方式以及为何个体表现出不同COVID-19症状的理解。 “这些小鼠模型使我们能够复制相关的SARS-CoV-2感染和疫苗接种场景,从而能在感染或疫苗接种后的不同时间框架内,对各种组织(不仅限于血液)进行详细分析,”LJI教授Sujan Shresta博士解释道,Shresta与LJI组织病理核心主任Kenneth…

霍地肌肉疾病革命性治疗即将来临,使用熟悉的药物

拉莫三嗪是一种通常用于癫痫和一些情绪障碍的药物,最近被确定为一种针对一种罕见的遗传性神经肌肉疾病——非痉挛性肌紧张症的有前景的治疗方法,这一发现是在伦敦大学学院(UCL)研究人员的先导试验中揭示的。 拉莫三嗪是一种通常用于癫痫和一些情绪障碍的药物,最近被确定为一种针对一种罕见的遗传性神经肌肉疾病——非痉挛性肌紧张症的有前景的治疗方法,这一发现是在伦敦大学学院(UCL)研究人员的先导试验中揭示的。 在《柳叶刀神经病学》上发布的研究结果描述了一项“面对面”的试验,该试验比较了两种药物,墨西地平和拉莫三嗪,在被诊断患有这一疾病的个体中的效果。 这项试验在UCL女王广场多学科神经肌肉疾病中心和国家神经病学与神经外科医院进行,涉及60名被诊断为非痉挛性肌紧张症的成年人。 参与者随机分配接受墨西地平治疗8周,随后是拉莫三嗪8周,或相反顺序,治疗之间有一周的间隔。在任何时候,包括研究人员在内,均不知道施用的是哪种治疗。…

革命性小干扰RNA递送:核磁共振在完善脂质纳米粒子中的作用

  使用小干扰RNA(siRNA)的疗法在治疗癌症和遗传疾病等疾病方面显示出显著潜力,但其成功在很大程度上依赖于有效的递送方法。最近的一项研究揭示,结合siRNA与脂质纳米颗粒(LNPs)的技术对实现治疗成功至关重要。通过利用核磁共振(NMR)和小角度X射线散射(SAXS),研究人员发现,不同的制备技术会影响siRNA在LNPs内部的组织和分布,这反过来又会影响其治疗能力。优化这些技术可以提高siRNA包封LNPs的有效性。 小干扰RNA(siRNA)分子在通过靶向和沉默特定基因来治疗疾病方面极具前景。当siRNA包裹在脂质纳米颗粒(LNPs)中时,可以有效地运输到目标细胞。然而,这些治疗的成功在很大程度上依赖于LNPs的内部结构,这显著影响它们运输siRNA的能力。传统方法往往缺乏细致的分子理解,这对于优化LNP设计以实现最大的治疗效果至关重要。 一项于2024年8月02日发表在《控制释放杂志》的研究,由千叶大学药学研究生院助理教授上田圭介领导,提出了一种增强siRNA负载LNPs的新方法。通过使用NMR分析分子特性,研究探讨了各种siRNA混合方法如何影响LNPs中siRNA的均匀性和分子状态。该研究还得到了来自千叶大学的秋田英高博士、东北大学的东健次郎博士和千叶大学的森部邦和博士的贡献。 “核磁共振让我们能够从分子层面深入了解这些纳米颗粒,揭示了siRNA在LNP核心内的复杂排列。这种细节对于改善和优化LNP配方至关重要,”上田博士表示。…

迷你机器人联合:一种革命性的内窥镜手术方法

毫米级微型机器人通常难以在体内携带内窥镜微创手术所需的仪器。来自德国癌症研究中心(DKFZ)的研究人员现正将多个毫米级的TrainBot组合成一个单一单位,并增强其“脚”的功能。这标志着DKFZ团队首次在实验环境中成功实施了针对胆管阻塞的电动外科手术。 小型机器人在医学中的潜在用途广泛,包括定向药物输送、感官功能和外科任务。已经设计并测试了多种机器人以满足这些目的,涵盖从纳米到厘米的各种尺寸。 然而,目前小型机器人通常面临限制。例如,在内窥镜微创手术中,所需的工具对于单个毫米级机器人来说可能太重而无法有效携带。此外,这些机器人必须爬行,但体内许多区域被粘液覆盖,导致机器人打滑并无法移动。 脚上的“刺”提供三倍推进力 由Tian…

看不见的威胁:一种变革性因素如何将克雷伯氏肺炎杆菌转变为可怕的耐药病原体

新的研究已确定了将传统的克雷白氏菌肺炎菌从仅在医院影响免疫系统虚弱或其他健康问题患者的细菌转变为超致病克雷白氏菌肺炎菌的遗传成分,这种细菌也可以在社区环境中使健康个体生病。 十多年前,全球的医生开始注意到与一种新的超致病性克雷白氏菌肺炎菌变种相关的病例,该变种能够感染并严重影响健康个体。 来自布法罗大学和纽约西部退伍军人医疗系统的托马斯·A·鲁索博士是观察到这一变化的人之一。2011年,他在布法罗治疗了第一个病例,涉及一名因这种侵袭性菌株住院数月的年轻健康患者。尽管患者最终康复,但鲁索对细菌感染健康人的潜力以及其随时间发展抗药性的能力表示担忧。 病例增加和抗药性 他的担忧得到了证实,因为这种细菌的超致病菌株在全球范围内传播。这些菌株可以在健康个体中引起严重、危及生命的感染。一些菌株已经对抗生素产生了抗药性,赢得了“真正可怕超级细菌”的称号。…

美国饮食中炎性食物的普遍性

根据最近的一项研究,近60%的美国人遵循促进炎症的饮食,增加了他们患心脏病和癌症等严重健康问题的风险。研究还发现,包括非洲裔美国人、男性和低收入人群在内的特定群体更倾向于消费促炎食品。 最近的研究表明,近60%的美国人食用促炎饮食,这提高了他们患心脏病和癌症等健康问题的风险。 这项研究强调,某些人群(如非洲裔美国人、男性和低收入者)对这些炎症饮食更容易受到影响。 “总体而言,57%的美国成年人被发现有促炎饮食,在非洲裔美国人、年轻成年人以及教育和收入较低的人群中,这一比例更高,”该研究的首席研究员、俄亥俄州立大学公共卫生学院的瑞秋·梅多斯表示。 研究小组利用了饮食炎症指数,这是十年前创建的一个框架,通过分析2005年至2018年间对34,500名成年人进行的国家健康和营养检查调查的数据,评估了45种饮食元素。…

理解遗传性结直肠癌:深入探讨

通过基因检测确认“遗传性结直肠癌”的诊断对受影响家庭的医疗保健至关重要。然而,许多在已知基因中发现的基因变异尚未得到明确分类,关于它们在癌症发展中的作用仍不明确。由波恩大学医院(UKB)和波恩大学牵头的国际研究团队重新评估了许多模糊变异的医学意义,导致其数量大幅减少。这项研究的发现最近已发表在美国人类遗传学杂志上。 有遗传性癌症综合症的家庭面临某些类型癌症的更高风险,例如结肠癌和乳腺癌。幸运的是,目前许多遗传综合症都有高效的筛查程序和预防措施。因此,及时发现和准确诊断遗传易感性对受影响的家庭至关重要。 随着基因检测变得越来越全面,越来越多的基因变异在相关基因中被发现,其中许多与肿瘤发展没有明确的联系。这种变异被称为不明确意义变异(VUS)。事实上,在公共数据库中,尤其是ClinVar,有超过50%的某些基因现在被归类为VUS。“这些变异不适合用于诊断目的或筛查可能存在风险的健康个体;它们往往会导致混淆,因为携带VUS的人可能面临更高的癌症风险,”人类遗传学研究所的共同资深作者伊莎贝尔·斯皮尔(Dr. Isabel Spier)解释道。…

革命性安全协议保护云计算中的数据免受网络威胁

研究人员已创造出一种方法,确保数据在云中的多方计算期间保持安全。通过利用光的量子特性,该技术可以使医院和金融机构等组织安全地分析敏感的病人或客户信息,使用深度学习。 深度学习模型正在各个行业中运用,包括医疗诊断和金融预测。然而,这些模型需要大量的计算能力,而这通常由强大的云服务器提供。 对云技术的依赖带来了主要的安全挑战,尤其是在医疗领域,由于对隐私的担忧,医院可能不愿使用人工智能分析敏感的病人信息。 为了解决这个关键问题,麻省理工学院的研究人员创建了一种安全协议,利用光的量子特性,确保与云服务器之间传输的数据在深度学习任务中保持安全。 通过将数据编码到光纤通信系统中使用的激光光线中,该协议利用了量子力学的核心原理,使得入侵者无法在未被检测到的情况下复制或拦截信息。…

生物钟节律紊乱与肠道微生物群变化:结直肠癌进展的联系

研究揭示了生物钟的干扰如何可能通过影响肠道微生物群和肠道屏障的完整性,加速结直肠癌的进展。这一发现为预防和治疗方法开辟了新的可能性。研究揭示了生物钟的干扰如何可能通过影响肠道微生物群和肠道屏障的完整性,加速结直肠癌的进展。这一发现为预防和治疗方法开辟了新的可能性。这项研究今天发表在《科学进展》杂志上,提供了对结直肠癌背景下生物钟受到干扰时,肠道微生物群功能和组成发生显著变化的深入洞察。研究的主要作者、生物化学副教授Selma Masri表示:“50岁以下成人中早发结直肠癌的令人担忧的增加。由于长期暴露于光线、深夜饮食及其他环境因素导致的生物钟错位,可能正在促进这些病例的发生。我们的发现表明,生活习惯造成的生物节律干扰,可能显著影响肠道健康,从而影响癌症风险。”尽管先前的研究表明生物节律的干扰会影响结直肠癌的进展,但生物钟与癌症如何与肠道微生物群相关的具体机制以前并不清楚。研究人员利用结直肠癌的小鼠模型发现,当生物钟受到干扰时,肠道细菌的多样性和数量发生变化,这种变化在癌症发展的过程中表现得更加明显。研究团队还观察到与处理核酸、氨基酸和碳水化合物相关的微生物通路发生了显著变化。这些功能性变化与肠道黏液水平的下降相关,而肠道黏液通常用于保护肠道内膜免受有害细菌的侵害,这意味着生物钟对于维护屏障的完整性至关重要。肠道内膜的通透性增加使得毒素和细菌能够进入血液,从而可能加速癌症的进展。“尽管这些发现相当重要,但还需要更多的研究。”Masri强调道。“我们特别希望调查特定肠道细菌的时机和数量的变化是否会随着时间的推移直接促进结直肠癌的发展。长期研究对于确定生物钟错位是否促进癌症以及我们未来如何预防这一点将是至关重要的。深入了解身体的内部时钟如何影响肠道生态系统,可能会导向不仅针对癌症的治疗,还能增强整体肠道健康。”这项研究由生物化学博士后研究员Rachel Fellows主导。其他贡献者包括助理教授Marcus M. Seldin和Nicholas…

揭示隐性遗传疾病:生物银行如何革新诊断

一项开创性的基因组共享部分评估研究,表明遥远的“亲缘关系”,发现了以前未诊断的长QT综合症病例,这是一种罕见的疾病,可能导致心律不齐、晕厥,甚至突发心脏骤停。研究结果发表在《自然通讯》期刊上,展示了范德堡大学医学中心的研究人员开发的新方法的实用性,该方法用于发现与疾病相关的稀有基因变异的未诊断携带者。“稀有遗传疾病通常在转诊群体中进行研究——被转诊至专业诊所进行评估的个体——但这种策略往往膨胀了对人群的实际影响。更好的理解来自对更大非转诊群体的评估,比如生物样本库,” 研究的资深作者、医学部遗传医学系教授珍妮弗(皮珀)贝洛博士解释说。由于大多数生物样本库的参与者来自相似的地理区域,因此它们之间往往存在 considerable undisclosed relatedness,导致来自共同祖先的共享基因组区域——这些被称为“同源性段”,贝洛澄清道。“同源性段让我们能够将相关个体组合在一起,识别可能源自共同祖先的稀有基因变异,”…

赋能团队:提升伦理实践的简单策略

而不是以标准问题结束团队会议,询问是否有人有疑问,德克萨斯大学阿灵顿分校的一位教授提出了一种更积极主动的方法:询问与讨论计划相关的潜在陷阱。“这种方法鼓励参与者反思谁可能受到不利影响,或者项目中是否有被忽视的方面,”德克萨斯大学阿灵顿分校心理学助理教授、最近一项研究的主要作者Logan Watts表示,该研究调查了团队环境中的伦理决策。“通过这样做,团队成员可以在潜在挑战升级为伦理问题之前进行解决。”传统上,伦理决策的研究集中在个体研究人员身上。然而,合作在研究环境中是常态,心理学研究表明,个体在团队环境中的行为和思维方式与单独工作时不同。因此,理解团队内的动态是至关重要的。“科学研究的可靠性在很大程度上依赖于研究人员遵守伦理标准的信任,”Watts指出,强调当研究人员参与不当行为(例如数据伪造、抄袭、未披露利益冲突或实践低标准研究方法可能对他人造成伤害时,这种信任会迅速下降。为了更深入地了解团队中的伦理决策,Watts与心理学助理教授Michelle Martín-Raugh及研究生Sampoorna Nandi和Rylee Linhardt合作,采访了一所公立研究大学的科学家,讨论他们在研究中遇到的伦理困境。在进行采访后,研究人员对数据进行了转录和分析,以识别反复出现的主题。一个突出的议题是研究不当行为,75%的参与者表示他们面临与数据伪造、伪造结果或抄袭他人研究工作相关的挑战。第二个报告频率最高的伦理挑战涉及人类受试者的保护。大约55%的研究人员表示遇到过团队成员未遵守影响研究参与者权利和福利的伦理标准的情况。参与者报告称,这些情况可能变得不舒服,尤其是当不道德的个体在团队中占据更高权威时。尽管这项研究作为一项探索性努力,需要进一步的实验性研究来验证,但Watts强调了几种可能增强团队伦理实践的策略。其中一个显著建议是引入“伦理冠军”——帮助确保团队避免故意和无意的伦理失误,并作为同辈的榜样的个人。“我们的研究揭示,在几个团队中,自然出现了一个个体作为伦理冠军。这不是一个官方的头衔,而是一个积极倡导伦理价值观和原则的个人,”Watts指出。“在某些小组中,一些成员可能过于专注于实现结果,而不考虑他们决策的伦理影响或对他人的潜在伤害。伦理冠军是在他们注意到令人担忧的事情时发声的人。”Watts还强调了营造一种氛围的重要性,使每个团队成员在表达他们的担忧时感到安全。“研究团队息努力促进一种心理安全文化,使权力较小的成员感到被鼓励表达他们的想法,”Watts总结道。

应对1型糖尿病血糖波动的创新方法

抑制激素生长抑素可能代表了一种有前景的新方法,用于防止1型糖尿病患者血糖水平的严重下降。根据在包括哥德堡大学在内的机构进行的研究,这一策略可能具有拯救生命的潜力。 在健康人群中,当血糖水平下降时,身体会释放胰高血糖素,这是一种促使肝脏产生葡萄糖的激素,帮助将血糖水平恢复到正常。胰高血糖素与胰岛素的作用相反,胰岛素是一种降低血糖水平的激素。这两种激素均在胰腺中产生。 1型糖尿病患者缺乏胰岛素,同时也有胰高血糖素的缺乏。当在低血糖事件中不能分泌胰高血糖素时,可能导致危险的低血糖水平,这约占1型糖尿病患者死亡的10%。 恢复防止血糖下降的能力 最近发表在《自然代谢》杂志上的研究,介绍了一种潜在的新治疗方法,旨在防止1型糖尿病患者血糖严重下降。该项目的主要专家之一,帕特里克·罗斯曼是哥德堡大学萨尔格伦斯卡学院的细胞内分泌学教授,同时也在牛津大学工作。…