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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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通过原子级薄膜将非磁性材料转变为磁性材料

关于磁秩序的规则可能需要被重写。国际研究团队发现,通过将非磁性材料切割成薄膜,可以将其转变为磁性材料。 关于磁秩序的规则可能需要被重写。研究人员发现铬硒化物(Cr₂Se₃)——在大块形式中传统上为非磁性材料——在被缩减为原子级薄层时会转变为磁性材料。这个发现与先前的理论预测相矛盾,并为自旋电子学应用打开了新可能。这可能导致智能手机、数据存储和其他关键技术的电子组件变得更快、更小、更高效。 来自东北大学、洛林大学(Synchrotron SOLEIL)、国家同步辐射研究中心(NSRRC)、高能加速器研究组织和国家量子科学与技术研究所的国际研究团队成功地在石墨烯上利用分子束外延生长了二维Cr₂Se₃薄膜。通过系统地将厚度从三层减至一层,并利用高亮度同步辐射X射线对其进行分析,团队做出了一个惊人的发现。这个发现挑战了传统的理论预测,即二维材料无法维持磁秩序。 “当我们首次观察到这些超薄膜中的铁磁行为时,我们真的感到震惊,”东北大学WPI-AIMR的首席研究员佐藤隆文教授解释说。“传统理论告诉我们这不应该发生。更令人着迷的是,我们制作薄膜越薄,磁性特性就越强——这完全与我们的预期相悖。”…

通过数据科学的视角推进电催化剂的发现

数据科学革命性地改变了高性能催化剂的寻找,使科学家能够快速识别和测试合适的材料。 数据科学与电催化的结合显著推动了可持续能源应用高性能催化剂的发现。 一篇最近的文章,由东北大学先进材料研究所(WPI-AIMR)的李昊教授领导,回顾了这一现象的现状。 “我们的主要发现是,基于密度泛函理论(DFT)描述子的低维数据科学与由大规模计算数据集和机器学习(ML)驱动的高维分析相结合,加速了下一代电催化剂的设计。这种方法还提供了催化剂结构—性能关系的更深刻见解,从而使发现过程更快更高效。” DFT导出的参数传统上用于建立电化学反应的预测火山模型,将原子尺度的描述子与宏观性能联系起来。这种低维方法在理解催化剂结构与其电化学性能之间的关系方面至关重要。然而,扩展到高维数据科学,得益于大规模数据集和ML技术,正在增强解读更复杂结构—性能关系的能力。…

环保水下机器人由鱼饲料制成

一种可食用机器人利用生物可降解燃料和表面张力的结合,在水面上快速移动,提供了一种安全且营养的替代方案,取代由人工聚合物和电子设备制成的环境监测设备。 由EPFL科学家制作的可食用机器人利用生物可降解燃料和表面张力的结合,在水面上快速移动,提供了一种安全且营养的替代方案,取代由人工聚合物和电子设备制成的环境监测设备。 这种船形机器人利用了某些水生昆虫在水面上跨游时所使用的现象——马朗戈尼效应。一个微小的可拆卸腔体内的化学反应产生二氧化碳气体,随后这些气体进入燃料通道,迫使燃料排出。被弹出的燃料导致的水面张力的突然减少随后推动机器人向前移动。 这种巧妙的设计不仅有效,使得机器人能够在水面上自由移动几分钟,而且完全无毒且可生物降解。事实上,有些人可能会认识到触发化学反应的成分,柠檬酸和碳酸氢钠,正是用于典型学校科学实验中火山的化学成分。而“燃料”是丙烯 glycol——一种常见于护肤品的液体。…

量子门错误特征的新方法

研究人员开发了一种新的量子门错误表征协议,为更可靠的量子模拟和容错量子计算铺平了道路。 研究人员开发了一种用于量子门基准测试的新协议,这是实现量子计算全部潜力的关键步骤,可能会加速朝向容错量子计算机的进展。 新的协议称为确定性基准测试(DB),相比于广泛使用的现有技术,提供了更详细和高效的方法来识别特定类型的量子噪声和错误。 “量子计算的最终限制在于我们能够多准确地实现门操作——量子处理器的基本操作,”研究的共同通讯作者、南加州大学维特比工程学院以及南加州大学唐斯菲尔文学院的电气与计算机工程、化学、物理和天文学教授丹尼尔·利达表示。“我们的新协议可以通过少量简单实验识别相干和非相干错误类型,使其比目前的方法高效得多。” 量子门和错误…

苏格兰虾研究揭示无饵钓鱼的新潜力

装有LED灯的渔网捕获的虾和鱼显著更多,新的研究显示。 在这项由埃克塞特大学和Fishtek Marine进行的新研究中,装有LED灯的渔网捕获的北方虾最多比未照明的渔网多出19倍。 重要的是,照明的渔网也吸引了鱼类,这提升了低影响捕鱼的新希望。 “我们认为光线吸引浮游动物——就像飞蛾扑向火焰——从而吸引虾(它们以浮游动物为食),这又诱使更大的鱼类捕食者进入渔网吞食虾,”Fishtek…

新发现显示分子如何像音乐一样消音热量

使用比沙粒还小的热传感器,工程师们测量了单个分子内的振动,或称为声子。 想象一下你在弹吉他——每次拨动琴弦都会产生音波,这些音波会振动并与其他波相互作用。 现在将这个概念缩小到一个单一分子,而不是声波,想象携带热量的振动。 科罗拉多大学博尔德分校保罗·M·雷迪机械工程系的工程师和材料科学家团队最近发现,这些微小的热振动,亦称声子,可以相互干扰,就像音乐音符一样——根据分子的“弦”组合方式,它们可以相互放大或抵消。 声子干扰在分子级别的室温下从未被测量或观察到。但该小组开发了一种新技术,能够展示这些微小的振动秘密。…

美国所有最大的城市都在下沉

一项针对美国28个最人口稠密城市的新研究发现,所有这些城市都在一定程度上下沉。这些城市不仅包括海岸上的城市(相对海平面是个问题),还包括许多内陆城市。此外,使用新获得的细致数据,该研究发现一些城市在不同地区以不同速度下沉,或者在某些地方下沉而在其他地方上升,这可能引发影响建筑物和其他基础设施的压力。 该研究本周在《自然城市》期刊上发表。 “随着城市的不断发展,我们将看到更多城市扩展到下沉区域,”首席作者、哥伦比亚气候学院拉蒙特-多赫提地球观测站的博士后研究员伦纳德·欧亨亨说道。“随着时间的推移,这种下沉可能会对基础设施产生超出安全限度的压力。” 迅速下沉的沿海大都市,如雅加达、威尼斯和新奥尔良,已经引起了重大关注,最近的多项研究表明,美国东海岸以及其他地方许多区域正在下沉。然而,大多数研究依赖于覆盖广泛区域的相对稀疏数据来描绘粗略图景。 针对所有人口超过60万的美国城市,这项新研究使用最新的卫星数据,测绘出仅28米(约90英尺)平方网格内的垂直土地移动变化到毫米级。作者发现,在28个城市中有25个城市的三分之二或更多区域在下沉。总体而言,大约3400万人生活在受影响的地区。…

一片玻璃,全彩色:亚毫米波导缩小增强现实眼镜

增强现实(AR)技术正迅速融入日常生活,从教育和医疗到游戏和娱乐。然而,核心的AR设备仍然笨重且沉重,长时间佩戴不舒适。POSTECH的一项突破现在有望改变这一现状。 AR眼镜商业化的主要障碍之一是波导。在AR光学中,镜头本身也充当“光的高速公路”,直接将虚拟图像引导到用户的眼睛中。由于色散,传统设计需要为红、绿、蓝光分别设置多个波导层——三到六层叠加的玻璃片——不可避免地增加了重量和厚度。 POSTECH的Junsuk Rho教授和他的同事们通过开发一种处理所有颜色的无色差超晶格,消除了多层的需要。关键在于一系列纳米级硅氮化物(Si₃N₄)柱,其几何形状通过随机拓扑优化算法精细调节,以最大效率引导光线。 在实验中,研究人员使用500微米厚的单层波导产生了生动的全彩图像——约为人类头发直径的百分之一。他们还确保了一个舒适的9毫米眼箱,确保即使观众的眼睛稍微移动,图像仍然保持清晰。…

蜡像和消退的草原:新研究揭示古代气候变化的原因

北美的长期干旱已被科学家们认识了几十年。一项新研究将这种严重气候与地球轨道的变化联系起来。 来自赫尔辛基大学的一项新研究为几千年前北美发生的毁灭性干旱提供了一个有力的新解释。这一时期被称为全新世,涵盖了最后冰河期后普遍温暖的气候。这些异常持久的干旱对森林凋亡和生态系统转变产生了深远的影响;理解其原因对提升社会对未来气候变化的抵御能力至关重要。 然而,这些长期干旱的原因仍然模糊不清。在《自然通讯》上发表的新研究中,赫尔辛基大学的研究人员与来自美国、德国和瑞典研究机构的合著者分析了北美东部的干旱发展及原因,该区域广泛覆盖从洛基山脉到大西洋的区域。 “过去11,000年的证据强调,北美水资源在过去发生了剧烈变化,有时将如1930年代尘暴干旱那样的严重干旱延续了几个世纪到千年。理解这些干旱的原因和后果可以帮助提高我们预见未来变化的能力,”来自怀俄明大学的研究合著者布莱恩·舒曼解释说。 在新研究中,研究人员使用了过去几十年在北美不同地点收集的化石花粉数据集。利用基于机器学习的计算机算法,研究人员能够基于化石花粉重建全新世期间水分水平的变化。…

机器人狗模仿哺乳动物,实现陆地和水中优越的移动能力

一组研究人员揭示了一种先进的两栖机器人犬,能够以卓越的效率在陆地和水中移动。这项研究发表在IOP Publishing的《生物启发与生物识别》期刊上,受到哺乳动物在水中和陆地上移动能力的启发。 现有的两栖机器人主要受到爬行动物或昆虫的启发,常常在灵活性、动力学和载重能力方面面临限制。基于狗的游泳方式设计的两栖机器人能够轻松在陆地和水中转换,并克服许多昆虫启发设计所面临的挑战。 这款两栖机器人为环境研究、军事车辆、救援任务等未来应用铺平了道路。 为了增强其水中移动能力,这款两栖机器人犬采用了一种独特的划水机制,模拟狗的游泳动作。其结构的精心工程设计,包括精确的重量和浮力平衡,确保了稳定和有效的水上表现。…

智能海绵装置从空气中捕获水分

工程师们发明了一种类似海绵的设备,可以从稀薄的空气中捕获水分,并利用太阳能将其释放到杯中,即使在其他技术(如雾收集和辐射冷却)挣扎的低湿度环境中也能有效工作。这种空气取水设备在广泛的湿度水平(30% - 90%)和温度(5 - 55摄氏度)范围内保持有效。…

物理学家拍摄到“自由活动”原子的首张图像

物理学家捕捉到了单个原子在空间中自由相互作用的第一张图像。这些图片揭示了“自由范围”粒子之间的关联,直到现在这些关联被预测但从未直接观察到。 麻省理工学院的物理学家捕捉到了单个原子在空间中自由相互作用的第一张图像。这些图片揭示了“自由范围”粒子之间的关联,直到现在这些关联被预测但从未直接观察到。他们的发现发表于《物理评论快报》期刊,将帮助科学家在真实空间中可视化前所未见的量子现象。 这些图像是利用该团队开发的一种技术拍摄的,该技术首次允许一群原子自由地移动和相互作用。研究人员然后开启一个光格,短暂地将原子冻住,并应用经过精细调节的激光快速照亮悬浮的原子,在原子自然消散之前创建它们位置的图像。 物理学家将该技术应用于可视化不同类型原子的云,拍摄了一系列影像首例。研究人员直接观察到了被称为“玻色子”的原子,它们在量子现象中聚集形成了波。他们还捕捉到了被称为“费米子”的原子在自由空间中配对的行为——这是使超导性成为可能的关键机制。 “我们能够看到这些有趣的原子云中的单个原子以及它们之间的相互作用,这真是美妙的,”麻省理工学院的托马斯·A·弗兰克物理学教授马丁·兹维尔林说。…