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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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研究揭示自行车滚停法促使骑行者和司机安全共存

根据俄勒冈州立大学的一项重要研究,允许骑自行车的人将停车标志视为让行标志的法律并不会导致骑车人或驾驶者的不安全行为。 俄勒冈州立大学的一项主要研究表明,允许骑车人将停车标志视为让行标志的法律不会导致骑车人或驾驶者的不安全行为。 该研究小组来自俄勒冈州立大学工程学院,采用了一种独特的实验方法,通过连接不同的自行车和机动车模拟器。研究结果特别相关,因为越来越多的州考虑实施自行车滚停法律,研究负责人大卫·赫尔维茨解释道。 赫尔维茨是一名交通工程教授,他表示:“我们连接了两个独立的模拟器,使两个参与者能够同时经历场景,并在共享的虚拟环境中与彼此的化身进行互动。我们专注于评估与1982年建立的“爱达荷停靠”法相关的安全行为,但该法律最近才在全国范围内受到关注。” 自2017年以来,有七个州采纳了类似于爱达荷州的法律,包括2019年的俄勒冈州和2020年的华盛顿州。其他加入这一趋势的州有阿肯色州、特拉华州、北达科他州、俄克拉荷马州和犹他州,还有更多州在考虑类似立法的可能性。…

揭开谜团:寻求暗物质的突破

来自世界上最精确的暗物质探测器的新发现已经建立了迄今为止对被称为WIMP的粒子的最强限制,WIMP是构成我们宇宙大部分神秘无形质量的关键候选者。理解暗物质——这一构成宇宙质量显著部分的不可见物质——是物理学中的重大挑战。最近来自LUX-ZEPLIN (LZ) 探测器的发现,作为全球最灵敏的暗物质探测器,进一步缩小了关于弱相互作用大质量粒子(或WIMP)的可能性,WIMP是暗物质的主要候选者。 LZ实验由能源部的劳伦斯伯克利国家实验室管理,运行于南达科他州的桑福德地下科研设施,位于地下近一英里的洞穴中。实验的最新结果研究了比以往任何研究过的交互作用都弱的暗物质,为WIMP的本质提供了更深刻的洞见。 LZ发言人、伦敦大学学院(UCL)教授Chamkaur…

开创猎寻:对遥远星系中外星技术的初步低频搜索

研究人员揭示了一项在西澳大利亚的穆尔奇森广域阵列(MWA)进行的突破性研究。这项研究标志着首次尝试在我们自身以外的星系中寻找外星技术的证据,重点关注低频无线电波(100 MHz)。这种新方法研究遥远的星系,使其成为对超级文明的最深入调查之一——那些拥有比我们更先进技术的文明。 SETI研究所、伯克利SETI研究中心和国际射电天文学研究中心在西澳大利亚的穆尔奇森广域阵列(MWA)推出了一项开创性的研究。SETI研究所的切诺亚·特伦布莱博士和科廷大学的史蒂文·廷盖教授领导了这个项目,这是首个在我们银河系之外寻找外星技术迹象的研究,强调低频无线电波(100 MHz)。该研究利用了MWA广阔的视场(FOV),使团队能够在一次观测中观察约2,800个星系,并确认了1,300个星系的距离。 传统上,寻找外星智能(SETI)的工作局限于我们银河系内的信号。这项创新项目将搜索范围扩展到遥远的星系。该方法是对超级文明的最彻底调查之一——那些比人类先进得多的文明。要从另一个星系发送信号,一个文明需要足够强大的技术,以利用他们的太阳或多个星星的能量。…

革命性超导体界面为量子计算进步开辟道路

一组来自多个机构的科学家,由加利福尼亚大学河滨校区的物理学家彭维(Peng Wei)指导,发明了一种新的超导材料,可能在量子计算中具有应用前景,并可能被归类为“拓扑超导体”。 由加利福尼亚大学河滨校区的物理学家彭维领导的美国各个机构的研究团队创造了一种新颖的超导材料,持有量子计算应用的希望,并且正在探索作为潜在的“拓扑超导体”。 拓扑学,即形状的数学,在这里起着关键作用。拓扑超导体可以利用去局域化的电子或孔(后者像带正电的电子一样工作)来传输量子信息并以稳定的方式管理数据。 在今天发表在《科学进展》上的报告中,研究人员描述了他们如何将三角锑和在薄金薄膜表面生成的超导体融合在一起。这种独特的材料三角锑是手性的,意味着它无法被镜像自身,类似于我们的手。此外,它缺乏磁性。令人瞩目的是,团队在界面上发现了表现出明显自旋极化的量子态,为创建自旋量子比特或量子位提供了框架。…

美国宇航局的DART任务:永远改变小行星卫星的轨道

最近的一项研究阐明了与小行星形成和发展相关的地球物理过程。2022年,NASA的双小行星重定向测试(DART)航天器与一颗名为Dimorphos的小行星卫星发生了碰撞。这次撞击显著改变了该卫星的结构,导致出现了一个大陨石坑,并使其形状发生了巨大变化,从而扰乱了其自然演化路径。研究人员认为,Dimorphos可能会在试图恢复与其母体小行星Didymos的重力平衡时开始“翻滚”。 “总体而言,我们最初关于DART将如何影响Didymos及其卫星在太空中的运动的预测在很大程度上是正确的,”马里兰大学的天文学教授、DART调查小组的主要成员德里克·理查森(Derek Richardson)表示。“然而,一些意想不到的结果为我们提供了更清晰的理解,揭示了小行星及其他小天体是如何形成和随时间变化的。” 这项研究于2024年8月23日发表在行星科学杂志上,由理查森和他的团队完成,强调了撞击后的重要观察结果,并讨论了这些结果对未来小行星研究的影响。 一个显著的惊喜是DART改变Dimorphos形状的程度。理查森指出,在碰撞之前,这颗小行星卫星呈扁球形(看起来像汉堡),但在碰撞后,它变得更加细长(类似于被拉伸的橄榄球)。…

扭转未来:分子导线的崛起

研究人员制造了具有规律扭曲的分子电线。通过调整这些扭曲之间的段长度,他们能够提高单个聚合物链的电导率。这一突破有可能为创新有机电子产品甚至单分子电线铺平道路。 从运输电力的高压电缆到白炽灯中的钨丝,我们往往将电导体与金属联系在一起。然而,多年来,科学家们一直在探索基于碳基低聚物链的先进材料,这些材料也能导电。这些材料被用于一些现代智能手机和计算机中的有机发光设备。 在量子力学的领域中,电子不仅仅是具有特定位置的精确粒子;它们可以在空间中变得“去局域化”。一个具有长序列交替单键和双键的分子具有π共轭,使得导电聚合物能够允许去局域化的电子在π共轭区域之间跳跃——就像青蛙从一个水洼跳到另一个水洼。然而,相邻区域之间能量水平的变化限制了这一过程的有效性。制造保持更均匀能量水平的低聚物和聚合物可以增强电导率,这对推动新实用的有机电子产品甚至单分子电线至关重要。 最近,来自大阪大学产业科学研究所(SANKEN)的研究人员在《美国化学会杂志》上发表了一项研究,揭示了创建一系列具有一致扭曲的纳米级分子电线的成果。与早期利用单一长链以多种方式旋转的努力不同,这些低聚物由刚性熔合区域组成,在均匀间隔的扭曲处分开。研究人员证明,他们的样本相比于非熔合的低聚噻吩具有更高的电导率。“通过精确控制这些π共轭区域的尺寸,我们在这些低聚物中实现了高单分子电导率,采用了刚性分子设计,”首席作者朝川亮解释道。 这些研究人员看到应用这一技术创造新有机电子设备的潜力,这些设备可以作为薄化学膜在柔性基材上以更实惠的方式生产,而不像传统硅基工艺那样,通常需要专业的洁净室和光刻技术进行生产。“我们期望这项研究将促进单分子电子和有机薄膜设备的发展,”资深作者家丰说。甚至可能单独的分子电线可以作为生物兼容传感器应用于活细胞内。

Langbeinite:揭示三维量子自旋液体的惊人潜力

一种新型的三维量子自旋液体在一种兰格贝那矿物的成员附近被识别出来。这种材料独特的晶体结构及其相应的磁相互作用导致了与所谓的“流动岛”相关的奇特行为。这个发现是由一个全球团队利用ISIS中子源的实验和对镍-兰格贝那矿石样本的理论建模所取得的。 在一个自旋无法排列以最小化能量的晶格中,会发生一种称为磁沮丧的现象。当这种沮丧显著时,自旋即使在温度降到接近绝对零度时仍会保持混沌波动,导致材料表现为量子自旋液体。量子自旋液体(QSL)以其非凡的特性而闻名,包括可能有助于开发极其稳定的量子比特的拓扑保护效应。虽然量子自旋液体主要在二维环境中被研究,但它们也可以出现于三维配置中,尽管频率较低。 探索沮丧 一个国际团队现在在一种新类别的三维材料——兰格贝那矿石中展示了这种行为,这是一种在自然中发现的稀有硫酸盐矿物。改变其化学公式中的一个或两个组分,导致属于此类别的多种类型。 在他们的研究中,科学家们创建了化学式为K2Ni2(SO4)3的合成兰格贝那晶体。镍作为该研究中的磁性元素至关重要,因为镍离子形成两个相互连接的三角晶格。这种配置导致必要的磁沮丧,当外部磁场被引入时,这种沮丧进一步加剧。因此,镍离子的磁矩无法全部进行有利的排列,导致波动生成量子自旋液体。…

革命性的Kagome超导体震撼科学界

超导理论被一国际实验确认:库珀对在Kagome金属中展现波动分布,为超导二极管等新技术进展铺平道路。 大约十五年来,以其星形设计(灵感来自传统日本编织图案)的Kagome材料吸引了全球研究者的关注。直到2018年,科学家们才成功在实验室中创建出具有这种结构的金属化合物。由于其卓越的晶体结构,Kagome金属展现出独特的电子、磁性和超导特性,使其在未来量子技术的发展中备受期待。与维尔茨堡-德累斯顿优秀集群ct.qmat(量子物质中的复杂性与拓扑)相关的教授Ronny Thomale,在这一领域起到了关键作用,并凭借早期的理论见解做出了重要贡献。近期在《自然》刊物上发表的研究表明,这些材料有潜力开创新的电子元件,包括超导二极管。 Kagome超导体在科学界掀起波澜 在2023年2月16日发表的在线预印本中,Thomale教授的团队假设,在Kagome金属中可能出现一种独特的超导现象,其中库珀对在子晶格中以波动模式排列。这一结构中的每个“星点”含有不同数量的库珀对。该理论现在首次通过国际实验得到了直接验证,引起了科学界的重大关注。这挑战了先前对Kagome金属只能支持均匀分布的库珀对(或波形)的理解。库珀对——以物理学家利昂·库珀命名——是在极低温度下,由电子对形成的,对实现超导性至关重要。当它们一起作用时,可以创造出一种量子态,使它们能够在Kagome超导体中无阻力地移动。…

解锁未来:量子破译计算机的探索

基于一种开创性的算法,研究人员提出了一种开发更紧凑且抗噪声的量子因式分解电路的方法,旨在用于加密应用。您最后发出的电子邮件可能是使用一种可靠的方法加密的,该方法的前提是即使是最快的计算机也无法有效地因式分解一个大数字。 相比之下,量子计算机的设计旨在快速拆解经典计算机可能无休止挣扎的复杂加密系统。这种能力是建立在1994年彼得·肖尔(Peter Shor)提出的量子因式分解算法之上的,彼得·肖尔现在是麻省理工学院(MIT)的教授。 尽管在过去三十年中取得了重大进展,科学家们仍未能构建出足够强大的量子计算机以执行肖尔的算法。 虽然一些研究人员专注于创建更大的量子计算机,另一些人则致力于改进肖尔的算法,使其能够在更小的量子电路上运行。大约一年前,纽约大学的计算机科学家奥德·瑞格夫(Oded…

揭示超快原子动态的秘密:物理学的一项突破

科学家们观察到,在施加X射线时,分子内部电子行为中出现了极其短暂的时间延迟。为了捕捉这些被称为阿秒的快速事件,研究人员利用激光产生强大的X射线闪光,使他们能够探索原子的内部功能。 一个国际研究团队首次识别出分子在暴露于X射线时,电子活动中的显著短暂时间延迟。 为了追踪这些短暂的高速事件,即阿秒,科学家们使用激光产生强烈的X射线闪光,这有助于绘制原子的复杂过程。 他们的研究表明,当X射线将电子轰出时,这些粒子与另一种电子,即奥杰-梅特纳电子发生相互作用,导致了一种先前未被探测到的次级暂停。研究的作者之一、俄亥俄州立大学物理学教授Lou DiMauro指出,这些发现可能会影响各个研究领域,因为理解这些相互作用可能会激发关于复杂分子行为的新颖想法。…

革命性的纳米薄膜生产:高效、大面积沉积技术的突破

研究人员开发了一种创新技术,用于快速有效地在大面积上沉积二维(2D)材料。这一偶然的发现可能会改变当前和未来电子应用中至关重要的纳米薄片的制造。 来自日本的一个研究团队,由名古屋大学可持续性材料与系统研究所(IMaSS)的 Minoru Osada 教授领导,在快速、大规模沉积各种2D材料(如氧化物、氧化石墨烯和氮化硼)方面取得了重大突破。这种名为“自发集成转移方法”的新方法意外出现,具有显著提升纳米薄片制造的潜力。他们的研究结果发表在《Small》杂志上。…

利用DNA技术实现革命性的数据存储和计算解决方案

研究人员揭示了一项突破性的技术,它允许进行一系列的数据存储和计算功能——例如存储、检索、计算、擦除或重写数据——利用DNA而不是传统电子设备。与之前只能够管理某些功能的DNA存储和计算方法不同,这种新方法涵盖了所有方面。 来自北卡罗来纳州立大学和约翰霍普金斯大学的研究人员揭示了一项突破性的技术,它允许进行一系列的数据存储和计算功能——例如存储、检索、计算、擦除或重写数据——利用DNA而不是传统电子设备。与之前只能够管理某些功能的DNA存储和计算方法不同,这种新方法涵盖了所有方面。 “在传统计算技术中,我们常常忽视数据存储和处理的一致性,”项目负责人及相关论文的共同通讯作者阿尔伯特·克昂评论道。“实际上,数据存储和处理发生在计算机的不同部分,而当前计算机作为各种技术的复杂网络进行运作。”克昂担任北卡罗来纳州立大学化学与生物分子工程的助理教授,并且是一名古德奈特杰出学者。 克昂进一步解释道:“DNA计算在如何有效地存储、检索和计算由核酸表示的数据方面面临挑战。在电子计算中,组件之间的一致性是一个巨大的优势。然而,人们普遍认为DNA存储可能对长期存储有效,但在提供传统电子设备中的全面操作方面会遇到困难,如数据存储和移动;读取、擦除、重写和重新加载特定文件的能力;并以可编程、可靠的方式完成所有这些操作。” “我们已经证明DNA基于技术确实是可行的,因为我们成功地创建了一个,”克昂补充道。…