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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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用于下一代粒子物理实验的量子传感器测试

研究人员开发了一种新颖的高能粒子探测仪器方法,利用量子传感器的优势—这些设备能够精确检测单个粒子。 为了深入了解物质、能量、空间和时间的本质,物理学家在大型加速器中撞击高能粒子,创造每秒喷射出数百万个不同质量和速度的粒子。这些碰撞还可能产生标准模型未预测的全新粒子,标准模型是我们宇宙中基本粒子和力的主流理论。创建更强大的粒子加速器的计划正在进行中,其碰撞将释放出更大的亚原子风暴。研究人员将如何在混乱中筛选出有用的信息? 答案可能在于量子传感器。来自美国能源部费米国家加速器实验室(Fermilab)、加州理工学院、由加州理工学院管理的纳萨的喷气推进实验室(NASA's Jet Propulsion…

科学家利用詹姆斯·韦布太空望远镜更好地理解太阳系的起源

利用詹姆斯·韦布空间望远镜(JWST),科学家分析了遥远的天体——称为跨海王星天体(TNOs)——并发现了不同程度的甲醇痕迹。这些发现帮助他们更好地分类不同的TNO,并理解可能与我们太阳系的形成和生命起源相关的复杂化学反应。 中佛罗里达大学(UCF)的科学家及其合作者发现了关于远距离冰冻天体的形成的新见解,提供了对我们太阳系形成和发展的更深入理解。 利用詹姆斯·韦布空间望远镜(JWST),科学家分析了遥远的天体——称为跨海王星天体(TNOs)——并发现了不同程度的甲醇痕迹。这些发现帮助他们更好地分类不同的TNO,并理解可能与我们太阳系的形成和生命起源相关的复杂化学反应。 这些发现最近在美国天文学会的《天文期刊快报》中发表,揭示了两组具有表面冰甲醇存在的TNO:一个是表面甲醇含量减少,而在表面下具有大量储备;另一个——离太阳最远——则整体甲醇存在较弱。研究表明,数十亿年来的宇宙辐射可能在第一组的甲醇分布变化中起了作用,同时对第二组的微弱信号提出了新问题。 回溯时间与空间…

提升任意语言中AI生成代码的准确性

研究人员开发了一种更高效的方法来控制大型语言模型的输出,指导其生成遵循特定结构(如编程语言)并且保持无错误的文本。 程序员现在可以使用大型语言模型(LLMs)更快地生成计算机代码。然而,如果代码不遵循编程语言的规则并且不会导致计算机崩溃,这只是让程序员的生活变得更轻松而已。 一些方法可以确保LLMs遵循它们所生成的任何语言的规则,但这些方法中的许多要么扭曲模型的原意,要么在执行复杂任务时耗时过长不切实际。 麻省理工学院及其他地方的研究人员开发了一种新方法,自动引导LLM生成遵循相关语言规则的文本,例如特定的编程语言,并且也是无错误的。他们的方法允许LLM将精力分配到最有可能有效和准确的输出上,同时在过程中早早丢弃不太有前途的输出。这种概率方法提高了计算效率。 由于这些效率提升,研究人员的架构使得小型LLM在生成多个现实世界应用案例的准确和结构良好输出方面超越了更大型的模型,包括分子生物学和机器人技术。…

飞行机器人在建筑领域开辟新视野

一个国际团队探索了未来航空机器人如何能够在空中精确处理建筑材料的可能性——这一方法在难以到达的地点或高空作业中具有巨大潜力。这些飞行机器人并不打算替代现有的地面系统,而是旨在以有针对性的方式补充它们,比如用于维修或在灾区等地方。 机器人手臂和3D打印龙门架已经在建筑工地上找到应用——尽管大多数情况下它们是重型、永久安装在地面上的系统。在崎岖的地形或高空作业时,它们的局限性很快显现出来。由Empa和EPFL的可持续机器人实验室的研究人员领导的团队因此调查了未来航空机器人如何能够作为自主建筑平台使用。在当前Science Robotics期刊的封面故事中,研究人员展示了这一新兴技术的最新发展及潜力。优势显而易见:建筑无人机可以到达常规机械无法到达的地方,无论是在山上、屋顶上、灾区或甚至是遥远的行星上。它们也不需要固定的施工场地,可以以群体形式部署,因此提供了高度的灵活性和可扩展性。同时,它们可以缩短运输路线,减少材料消耗,并提高施工现场的安全性。 极端情况下的维修和操作 航空机器人尤其适合灾难救援作业——例如,在被淹没或毁坏的地区,传统车辆无法通过的情况下。航空机器人可以运输建筑材料并自主搭建临时住所。它们在难以到达的地方进行维修的应用也颇具前景。它们可以自主检测和修复高楼外墙或桥梁上的裂缝,而无需脚手架。“现有的地面机器人系统通常重达数吨,搭建时间长,工作半径有限,”来自Empa和EPFL可持续机器人实验室的首席作者Yusuf…

创新方法推动月球冰的搜索

科学家和太空探索者一直在努力确定月球上冰的存在地点和数量。水冰将是未来月球基地的重要资源,因为它可以用来支持人类,或者被分解为氢和氧,火箭燃料的关键成分。夏威夷大学马诺阿分校的研究人员正在利用两种创新的方法推进对月球冰的搜寻。 ShadowCam侦测表面冰 水冰之前在月球北极和南极的永久阴影区域被夏威夷大学地球物理与行星科学研究所(HIGP)助理研究员李帅(Shuai Li)探测到。一项由李帅实验室的行星科学研究生乔丹·安多(Jordan Ando)主导的新研究,检查了韩国航天研究院的“ShadowCam”专业相机拍摄的图片。…

高性能柔性热电半导体的清晰设计

研究人员已确定一种新材料,可用于可穿戴设备中的柔性半导体,这种材料采用了一种专注于操纵晶体中原子间隙的技术。 QUT研究人员已确定一种新材料,可用于可穿戴设备中的柔性半导体,这种材料采用了一种专注于操纵晶体中原子间隙的技术。 在《自然通讯》期刊上发表的一项研究中,研究人员使用“空位工程”增强了AgCu(Te, Se, S)半导体的能力,该半导体是一种由银、铜、碲、硒和硫组成的合金,用于将体热转化为电能。…

从束到电池:单步激光打印超级增强高性能锂硫电池

一个研究团队开发了一种创新的单步激光打印技术,以加速锂硫电池的制造。该技术将通常耗时的活性材料合成和阴极制备整合在一个纳秒级激光诱导转换过程中,预计将彻底改变未来可打印电化学储能设备的工业生产。这项研究的发现最近发表在顶级期刊《自然通讯》上。 锂硫电池预计将取代现有的锂离子电池,因为硫阴极具有高理论能量密度。为了确保硫物种的快速转化,这些阴极通常由活性材料、载体材料(或催化剂)和导电材料组成。然而,载体材料的制备和硫阴极的准备通常涉及复杂的多步骤和劳动密集型过程,这些过程需要不同的温度和条件,从而引发了工业生产中的效率和成本问题。 为了解决这些挑战,李教授的团队开发了一种新型的单步激光打印技术,用于快速制造集成硫阴极。在这一高通量激光脉冲辐照过程中,前体供体被激活,产生喷射颗粒,包括原位合成的基于高岭土的混合纳米管(载体材料)、硫物种(活性材料)和葡萄糖衍生的多孔碳(导电成分)。这种混合物被打印到碳织物受体上,形成一个集成的硫阴极。值得注意的是,激光打印的硫阴极在硬币型和袋式锂硫电池中都表现出卓越的性能。 “传统的电池阴极/阳极制造过程通常包括活性材料的合成(有时与载体材料/催化剂结合)、混合浆料的制备和阴极/阳极的组装。”李教授解释说,“这些步骤通常在不同的温度和条件下分别进行,因为材料的行为不同。因此,整个过程可能需要数十个小时甚至几天。” 李教授表示:“我们新开发的激光诱导转换技术提供了一种将这些过程结合为一个纳秒级速度的单一步骤的方法。使用单束激光,打印速度可以达到约2…

新模型预测化学反应的不可逆点

研究人员开发了一种机器学习模型,可以在不到一秒的时间内高精度地预测化学反应的过渡态结构。该模型可能会使化学家更容易设计出能够生成各种有用化合物的反应,例如药品或燃料。 当化学家设计新的化学反应时,一个有用的信息是反应的过渡态——这是反应必须继续的致命点。 这一信息使化学家能够尝试创造合适的条件,以使所需反应发生。然而,目前预测过渡态及化学反应路径的方法复杂且需要大量计算能力。 麻省理工学院的研究人员现在开发了一种机器学习模型,可以在不到一秒的时间内高精度地做出这些预测。他们的模型可能使化学家更容易设计出能够生成各种有用化合物的化学反应,例如药品或燃料。 “我们希望能够最终设计过程,将丰富的自然资源转化为我们所需的分子,例如材料和治疗药物。计算化学对于设计更可持续的过程以使我们从反应物转化为产品至关重要,”化学工程Lammot…

材料?机器人?这是一个元机器人

该发明是一种超材料,这是一种经过工程设计的材料,具有依赖于材料物理结构而不是化学成分的新奇特性。在这种情况下,研究人员使用简单塑料和定制磁性复合材料的组合构建了他们的超材料。通过使用磁场,研究人员改变了超材料的结构,使其在不同方向上扩展、移动和变形,所有这些都是远程进行而不接触超材料。 在一项让人想起《变形金刚》电影系列的实验中,普林斯顿大学的工程师们创造了一种材料,它可以扩展、改变形状、移动并遵循电磁命令,像一个遥控机器人,尽管它缺乏任何电机或内部齿轮。 “你可以在材料和机器人之间转变,并且它可以通过外部磁场进行控制,”研究人员、普林斯顿大学工程学院的玛格丽塔·恩曼·奥古斯丁教授格劳西奥·保利诺说。 在4月23日发表在《自然》杂志上的一篇文章中,研究人员描述了他们如何从折纸艺术中获得灵感,创造一种模糊机器人和材料之间界限的结构。该发明是一种超材料,这是一种经过工程设计的材料,具有依赖于材料物理结构而不是化学成分的新奇特性。在这种情况下,研究人员使用简单塑料和定制磁性复合材料的组合构建了他们的超材料。通过使用磁场,研究人员改变了超材料的结构,使其在不同方向上扩展、移动和变形,所有这些都是远程进行而不接触超材料。 团队称他们的创造为“变形机器人”——一种可以改变形状和移动的超材料。…

工程一种可以跳到10英尺高的机器人——无需腿部

受到一种微小寄生虫运动的启发,乔治亚理工学院的工程师们创造了一种可以跳到篮球筐高度的5英寸软体机器人。他们的设备是一根带有碳纤维脊柱的硅胶杆,即使没有腿也能跳10英尺高。研究人员在观看线虫以奇怪的形状扭曲自己的高速度视频,以向前和向后抛掷自己后制作了这种设备。 研究人员在《科学机器人学》期刊中于4月23日描述了这款软体机器人。 他们表示,研究结果可能帮助开发可在不同地形、不同高度、多个方向跳跃的机器人。 “线虫是身体比人类头发还细的惊人生物,”论文的首席合著者、化学与生物分子工程学院(ChBE)的博士后研究员Sunny Kumar说。“它们没有腿,但可以跳到自己体长的20倍高。这就像我躺着然后不知怎么跳到三层楼的建筑上。”…

新型电子“皮肤”可能实现轻便夜视镜

工程师开发了一种技术,可以生长和剥离超薄的电子材料“皮肤”,可用于夜视眼镜和在雾天条件下的自动驾驶等应用。 MIT的工程师们开发了一种生长和剥离超薄电子材料“皮肤”的技术。该方法为新型电子设备的诞生铺平了道路,例如超薄可穿戴传感器、柔性晶体管和计算元件,以及高度敏感且紧凑的成像设备。 作为示范,研究小组制造了一层热电材料的薄膜——一种能够对温度变化做出电流反应的热感应材料类别。热电材料越薄,其检测微妙热变化的能力越强。 通过他们的新方法,团队制造了迄今为止最薄的热电薄膜,厚度为10纳米,并演示了该薄膜对远红外光谱中的热量和辐射高度敏感。 新开发的薄膜可能使得更轻、更便携和高度精确的远红外(IR)传感设备成为可能,具有夜视眼镜和在雾天条件下的自动驾驶等潜在应用。当前最先进的远红外传感器需要笨重的冷却元件。相比之下,新型热电薄膜不需要冷却,并对温度变化的感应更为敏感。研究人员正在探索如何将该薄膜结合到更加轻便、高精度的夜视眼镜中。…

工程师通过受折纸启发的3D打印重新定义陶瓷

在一个将古老设计与现代材料科学相结合的突破中,休斯顿大学的研究人员开发了一类新的陶瓷结构,这些结构能够在压力下弯曲而不破裂。 在一个将古老设计与现代材料科学相结合的突破中,休斯顿大学的研究人员开发了一类新的陶瓷结构,这些结构能够在压力下弯曲而不破裂。 这种技术的潜在应用范围从医疗义肢到航空航天和机器人中的抗冲击组件,在这些领域,轻便但坚固的材料需求很高。 传统上因其脆性而闻名,陶瓷在受力下常常会破碎,这使得它们在高冲击或适应性应用中难以使用。但随着一个由机械和航空工程助理教授Maksud Rahman和博士后Md…