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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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机器人看,机器人做:系统在观看操作视频后学习

研究人员开发了一种新的人工智能驱动的机器人框架——称为RHyME(Mismatched Execution下的混合模仿检索),它允许机器人通过观看单个操作视频来学习任务。 康奈尔大学的研究人员开发了一种新的人工智能驱动的机器人框架——称为RHyME(Mismatched Execution下的混合模仿检索),它允许机器人通过观看单个操作视频来学习任务。 机器人可能是很挑剔的学习者。历史上,它们需要精确的、逐步的指示才能完成基本任务,并倾向于在事情不按剧本进行时放弃,如在掉落工具或丢失螺丝后。然而,RHyME可能会通过显著减少培训它们所需的时间、精力和金钱来加速机器人系统的开发和部署,研究人员表示。…

天文学家发现一颗迅速解体的行星,产生彗星般的尾巴

一颗距离地球140光年的星球因与其恒星的近距离而迅速崩解。这颗炙烤的行星正在有效地蒸发:它在围绕恒星快速旋转时,脱落了大量表面矿物质。 麻省理工学院的天文学家发现了一颗距离地球约140光年的行星,它正在迅速崩溃。 这个崩解的世界的质量约与水星相当,尽管它围绕恒星的距离比水星与太阳的距离近约20倍,每30.5小时完成一次轨道。在如此接近恒星的情况下,这颗行星很可能被沸腾的岩浆覆盖,这些岩浆正蒸发到太空中。当这颗炙烤的行星在恒星周围快速旋转时,它正在脱落大量的表面矿物质,实际上是在蒸发。 天文学家通过NASA的过境系外行星勘测卫星(TESS)发现了这颗行星,该任务由麻省理工学院主导,监测离我们最近的恒星,以寻找过境,即可能是运行中系外行星的周期性光线下降信号。提醒天文学家的信号是一个奇特的过境,每个轨道的深度都在波动。 科学家们确认这个信号源自一个紧密轨道的岩质行星,正在拖着一条很长的彗星状碎片尾。…

研究表明,解决工作记忆问题可以帮助有数学困难的学生提高文字问题解决能力

工作记忆就像是我们用来存储临时信息的心理黑板,同时执行其他任务。科学家与200多名小学生合作,以测试他们的工作记忆,评估在解决文字问题中的作用,以及干预措施是否能增强工作记忆,从而提高他们的文字问题解决能力。结果显示,改善工作记忆帮助了有数学困难和没有数学困难的学生,研究作者认为,这可以使教育工作者更有效地教授数学科学。 堪萨斯大学的一项新研究探讨了工作记忆在有无数学困难学生解决文字问题中的作用。研究人员发现,使用干预措施来改善工作记忆可能对有数学困难的学生产生潜在的好处。 工作记忆是人类在处理其他信息和执行其他任务时可以存储的有限信息量。它在学生尝试解决数学文字问题时起着核心作用。在这项研究中,研究人员与207名有无数学困难的三年级学生合作,观察工作记忆如何影响他们解决文字问题的能力。 “在解决问题时,工作记忆充当心理黑板,暂时存放和操作寻找解决方案所需的信息,”堪萨斯大学教育与人类科学学院的教育心理学副教授和研究作者之一迈克尔·奥罗斯科说。“我们正在研究工作记忆是否在数学问题解决结果中充当中介和调节者,类似于它在其他认知过程中的作用。” 样本中的学生被随机分配到四种治疗条件中,在这些条件下,他们采用不同的方法解决文字问题:…

农田应用于种植作物还是太阳能?还是两者兼顾?

随着农民们辩论田地是用于农业还是太阳能电池板,密歇根州立大学的新研究表明,答案可能是两者兼得。科学家们分析了遥感和航空影像,研究了加利福尼亚州过去25年田地的使用情况。利用数据库估算收入和成本,他们发现那些将少量土地用于太阳能阵列的农民每英亩的财务安全性高于那些不这样做的农民。 随着农民们辩论田地是用于农业还是太阳能电池板,密歇根州立大学的新研究表明,答案可能是两者兼得。 杰克·斯蒂德(Jake Stid),自然科学学院水文地质学实验室的研究生,分析了遥感和航空影像,研究了加利福尼亚州过去25年田地的使用情况。利用数据库估算收入和成本,斯蒂德发现那些将少量土地用于太阳能阵列的农民每英亩的财务安全性高于那些不这样做的农民。 他在《自然可持续性》上发表的研究可能为那些苦于支付账单的农民提供新的生存路径。斯蒂德希望这项研究能够帮助更多农民决定继续种植作物,通过在田地的低产位置战略性地放置太阳能阵列,而不是将整个田地转换为太阳能阵列。…

高温芯片的酷炫解决方案:电子设备的先进热管理技术

研究人员展示了高功率电子设备冷却技术显著的性能提升。他们设计了新颖的毛细几何结构,突破了热传递效率的界限。这项研究可能在下一代技术的发展中发挥关键作用。 电子芯片随时间的指数微型化,正如摩尔定律所描述的,在我们的数字时代发挥了关键作用。然而,小型电子设备的工作功率受到可用先进冷却技术不足的显著限制。 为了应对这个问题,一项由东京大学工业科学研究所的研究人员发表在Cell Reports Physical…

外面的量子动物园,科学家刚发现了一打新的“物种”

研究人员在一种独特的量子材料中观察到了十多种前所未见的量子态。 描述量子物质和大量电子相互作用时出现的奇怪现象的量子态似乎是无穷无尽的。几十年来,这些态中的许多都是理论上的:在现实生活材料中潜藏的数学和计算预测——许多科学家开始称之为动物园,新的“物种”正等待被发现和描述。 在4月3日发表在Nature上的一项新研究中,研究人员向不断增长的量子动物园中添加了十多种状态。 首席作者、哥伦比亚大学纳米科学霍华德家族教授朱晓阳表示:“这些状态中有些是前所未见的。我们也没想到会看到这么多。” 其中有些状态可以用于创造目前理论上称为拓扑量子计算机的设备。拓扑量子计算机将具有独特的量子属性,使其不易受到当前用超导材料构建的量子计算机中存在的错误。然而,超导材料会受到磁场的干扰,迄今为止已经在尝试创造所需的拓扑态中使用过。而朱的动物园解决了这个问题:他和他的团队发现的所有状态都可以在没有外部磁场的情况下创造,这得益于一种名为扭曲二硫化钼的材料的特殊属性。…

有害微塑料渗入饮用水

尽管废水处理技术已有所进展,但微小的塑料颗粒称为微塑料仍然会渗透其中,依据德克萨斯大学阿灵顿分校的新研究,这对健康和环境构成潜在威胁。 尽管废水处理技术已有所进展,但微小的塑料颗粒称为微塑料仍然会渗透其中,依据德克萨斯大学阿灵顿分校的新研究,这对健康和环境构成潜在威胁。 由于塑料生产成本低且轻便耐用,制造商发现它在几乎所有消费品中都是理想材料,从食品和饮料包装到服装和美容产品。缺点是,当一个塑料物品达到其使用寿命的尽头时,它并不会真正消失。相反,它会分解成越来越小的颗粒,称为微塑料—直径五毫米或更小,约为铅笔橡皮擦的宽度—最终进入我们的土壤和水中。 "我们的系统性文献综述发现,尽管大多数废水处理设施显著减少了微塑料的负载,但现有技术无法实现完全去除," 德克萨斯大学阿灵顿分校的地球与环境科学助理教授、该研究的资深作者金恩琼(Un-Jung…

从研究到现实,初创公司应对对锂和其他关键矿物的飙升需求

基于基础研究,一家新创公司正在颠覆数十年来全球提取锂和其他材料的传统方法。 这家公司,普林斯顿关键矿物(前身为PureLi),源于普林斯顿大学的创新和创业生态系统,正在颠覆全球提取锂和其他材料(包括硝酸盐和钾盐)的传统方法,这些材料为当今的清洁能源技术提供动力并支持现代农业。 这家公司开发了一种技术,以提高从蒸发池中提取矿物的生产。蒸发池目前大约产生全球40%的锂和大部分天然存在的硝酸盐。 该技术是一个带有特殊防污涂层的黑色圆盘,像睡莲一样漂浮在池塘表面。它有效地将进入的阳光转化为热能的数量加倍,加速蒸发过程和矿物生产。 正如土木与环境工程教授、安德林格能源与环境中心的Z.…

古代火星是否下雨或下雪?新研究表明确实如此

地质学家对关于火星的长期争论发表看法:数十亿年前,红色星球是温暖潮湿的还是寒冷干燥的? 访问古老的火星——一个意外温和的星球,天空中落下雪或雨,河流从山谷奔流而下,灌溉数百个湖泊。 来自科罗拉多大学博尔德分校的地质学家们的新研究描绘了一个相对温暖潮湿的红色星球,与我们今天所知的寒冷荒原大相径庭。研究小组的发现表明,猛烈的降水很可能滋养了数十亿年前塑造火星表面的许多山谷和河道网络——为行星科学的长期争论提供了新的证据。 这项研究由阿曼达·斯特克尔领导,她于2024年在科罗拉多大学博尔德分校获得地质科学博士学位,并于4月21日发表在《地球物理研究杂志:行星》上。 “你可以拉起谷歌地球的图像,比如犹他州,缩小比例,你会看到与火星的相似之处,”斯特克尔说,她现在在加州理工学院工作。…

科学家发现恒星质量黑洞如何发出强大的等离子体喷流

科学家发现了形成恒星黑洞等离子体喷流所需的关键条件。他们的研究结果表明,当超热气体材料迅速收缩向黑洞时,会发生喷流形成。 黑洞是银河系结构的基础,对我们理解引力、空间和时间至关重要。恒星质量黑洞是一种由大质量恒星生命周期末期的引力崩溃形成的黑洞。这些黑洞的质量通常在我们太阳的3到20倍之间。 有时,黑洞会产生离子化气体(等离子体)的束流,以接近光速向外喷射。尽管这一现象在一个多世纪前就被发现,但喷流发生的原因和机制仍然是一个谜,被描述为“物理学的奇迹”之一。 来自日本名古屋大学的 Kazutaka…

调低星光以发现新的系外行星

研究人员开发了一种新型日冕仪,可以使我们看到被母星光芒遮挡的遥远外行星。 研究人员开发了一种新的日冕仪——一种阻挡亮源光线的光学设备——这可能使我们能够看到被母星光芒遮挡的遥远外行星。这种新设备可能揭示我们太阳系以外的外行星,而这些外行星是当今望远镜无法分辨的,从而提供有关地球以外生命可能性的见解。 “类地行星位于可居住区——星星周围的一个区域,温度可能使液态水存在——其亮度可能比其母星暗上亿倍,”亚利桑那大学的研究团队负责人尼科·德什勒(Nico Deshler)说。“这使得它们难以被探测,因为它们微弱的光线被恒星的亮度所淹没。我们的新日冕仪设计在捕捉图像之前先抽走可能遮挡外行星光的星光。” 在《光学》杂志上,研究人员显示新日冕仪理论上可以实现量子光学设定的外行星检测和定位的基本限制。他们还利用它捕捉图像,使他们能够估计距离母星最多可小于望远镜分辨率限制50倍的人工外行星的位置。…

科学家们揭示了量子惊喜:物质调节光粒子之间的超强耦合

一组研究人员开发了一种新的控制光相互作用的方法,使用一种特别设计的结构称为三维光子晶体腔,这可能会推动量子计算、量子通信和其他基于量子的技术的变革性进步。 莱斯大学的一组研究人员开发了一种新的方法来控制光相互作用,使用一种特别工程化的结构称为三维光子晶体腔。他们的工作发表在期刊《自然通讯》上,为能够实现量子计算、量子通信和其他基于量子的技术的变革性进步的技术奠定了基础。 “想象一下站在一个被镜子环绕的房间里,”研究的第一作者、莱斯大学应用物理研究生项目的校友Fuyang Tay说。“如果你在里面照射手电筒,光会来回反射,永不停息。这与光学腔的工作原理相似——这是一个专门设计的结构,可以将光捕获在反射表面之间,使光能够以特定模式反弹。” 这些具有离散频率的模式称为腔模,它们可以用于增强光与物质的相互作用,使其在量子信息处理、开发高精度激光器和传感器,以及构建更好的光子电路和光纤网络中具有潜在的应用价值。光学腔体往往难以构建,所以最广泛使用的光学腔通常具有更简单的一维结构。…