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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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过时手机如何为智能城市提供动力并拯救海洋

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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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这款电池自毁：受《碟中谍》启发的生物可降解电源

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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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“更快充电，更长寿命”：下一代电池突破

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一个研究团队使用纳米级锡颗粒和硬碳开发了高功率、高能量密度的阳极。随着电池在电动车、大规模能源存储系统（ESS）等各个领域对超快速充电和高能量密度的需求不断增长，来自POSTECH（浦项科技大学）和韩国能源研究院（KIER）的联合研究团队开发了一种有前景的下一代阳极材料，以满足这些关键需求。 虽然石墨是锂离子电池（LIBs）中最常见的阳极材料，提供了强大的结构稳定性，但它受制于理论容量低和充放电速率慢。为了克服这些限制，研究人员提出了一种将硬碳与锡（Sn）结合的新型电极设计。 硬碳是一种无序碳材料，富含微孔和通道，可以促进锂和钠离子的快速扩散。这种结构使其具备高能量储存和机械强度的优点，适用于高倍率和长寿命的应用。 然而，纳入锡则带来了另一个挑战。锡颗粒越小，在循环过程中造成的问题体积膨胀就越有效地减少，从而增强整体稳定性。不幸的是，锡的低熔点（约230°C）使得合成如此细小颗粒变得困难。研究团队通过使用溶胶-凝胶工艺结合热还原，成功地将均匀分布的亚10纳米锡纳米颗粒嵌入硬碳基体中。 所得到的复合结构展现出了超越简单物理混合的功能协同作用。锡纳米颗粒不仅作为活性材料，还作为催化剂促进周围硬碳的结晶。在电化学循环过程中，Sn-O键的可逆形成通过转化反应增强了电池容量。…

突破边界：在新类型材料中无磁化检测异常霍尔效应

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一个国际研究团队在一个共线反铁磁体中发现了异常霍尔效应。更引人注目的是，异常霍尔效应源于一种非费米液体状态，在这种状态下，电子的相互作用并不符合传统模型。这一发现不仅挑战了教科书中对异常霍尔效应的解释框架，还扩大了对信息技术有用的反铁磁体的范围。 由东京大学的Mayukh Kumar Ray、Mingxuan Fu和Nakatsuji…

科学家探究泰坦缺失三角洲之谜

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新的研究发现，尽管土星的卫星泰坦有大河和大量的液态甲烷海洋，但泰坦似乎大多缺乏河口三角洲，这引发了关于这个外星世界表面动态的新问题。 对于那些想要了解行星地质历史的科学家而言，河口三角洲是一个很好的起点。三角洲从一个大区域收集沉积物，可以通过研究这些沉积物揭示气候和构造历史或过去生命的迹象。这就是为什么美国宇航局将其最新的火星探测器送到杰泽罗陨石坑，这里是一个突出的、保存良好的三角洲。 这就是为什么行星科学家也对寻找土星卫星泰坦上的三角洲感兴趣的原因。泰坦是太阳系中除了地球以外，唯一一个在其表面上有液体流动的天体，因此它的三角洲可能是科学的宝藏。 一个问题是：尽管泰坦有大型液态甲烷和乙烷河流，但最新研究发现，泰坦似乎大多缺乏三角洲。 “作为一名地貌学家，这有点让人失望，因为三角洲应该保留泰坦的大部分历史，”…

好奇号探测器在火星上发现了大量碳沉积物

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来自NASA好奇号探测器的研究已经发现古代火星存在碳循环的证据，这使科学家更接近于解答红色星球是否曾能够支持生命的问题。 主作者班·图托洛博士是卡尔加里大学地球、能源与环境系的副教授，也是NASA火星科学实验室好奇号探测器团队的参与科学家。该团队正在研究好奇号探索盖尔陨石坑时的气候变化和古代火星的宜居性。 本周发表在《科学》杂志上的论文显示，来自好奇号三个钻探地点的数据在盖尔陨石坑山丘的富硫层中发现了方解石（一种铁碳酸盐材料）。 图托洛说：“在盖尔陨石坑发现大量碳沉积表示我们在理解火星地质和大气演变方面的一个令人惊讶且重要的突破。” 他说，达到这些层位是火星科学实验室任务的长期目标。…

揭开超流体的秘密：科学家揭示了偶极相互作用如何塑造二维超流体行为

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一个国际物理学家团队对超冷原子的二维偶极气体中的BKT相变进行了重要观察。这项开创性的工作标志着我们对二维超流体在长程和各向异性偶极相互作用下行为的理解达到了一个重要里程碑。 最近的一项研究中，由香港科技大学物理系的乔圭奉教授领导的国际物理学家团队对超冷原子的二维偶极气体中的BKT相变进行了重要观察。这项开创性的工作标志着我们对二维超流体在长程和各向异性偶极相互作用下行为的理解达到了一个重要里程碑。 在传统的三维（3D）系统中，相变，例如冰融化成水，是由对称性的自发破缺所主导。然而，1970年代的开创性工作预测，二维（2D）系统可能会呈现出一种独特的拓扑相变，称为伯雷津斯基-科斯特利茨-汤勒斯（BKT）相变，其中涡旋-反涡旋对在没有传统对称性破缺的情况下驱动超流性，而相互作用在其中起着关键作用。从那时起，这一现象主要在具有短程各向同性接触相互作用的各种量子系统中进行研究。 与传统超冷气体中的接触相互作用不同，偶极相互作用遍及整个系统，创造出丰富的集体行为。该团队的实验展示了偶极相互作用如何修改BKT相变的临界参数。 乔教授表示：“偶极相互作用为量子多体现象带来了新视角，从微观上看，它们的相互作用是有方向且远程的，这意味着即便粒子之间相距较远，仍然会‘感知’彼此。这挑战了我们对低维中如何出现秩序的直觉。”他们的观察表明，在偶极气体中，二维超流体相变仍可以由BKT情景主导，而依赖于相互作用的相变点则受到偶极相对于法线方向的取向影响。…

新型混合材料作为高效热电材料

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一个国际团队成功地生产出了新的高效热电材料，这些材料有可能与最先进的材料竞争，提供更大的稳定性和更低的成本。 热电材料使热能直接转化为电能。这使它们对于新兴的“物联网”特别具有吸引力，例如用于微传感器和其他微型电子组件的自主能源供应。为了提高材料的效率，必须同时抑制通过晶格振动的热传导，并增加电子的迁移率——这一障碍一直以来都制约着研究的进展。 由法比安·加尔穆鲁迪(Fabian Garmroudi)领导的国际团队现在利用一种新方法成功开发出能够同时实现这两个目标的混合材料——降低晶格振动的相干性和增加电荷载体的迁移率。关键在于：将两种在机械性质上根本不同但在电子性质上相似的材料混合。这项工作最近发表在《自然通讯》杂志上。 通过材料的新组合获得新特性…

氢键能的能力在单原子催化剂中的新应用探索

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传统观点认为，单原子催化剂（SACs）中的金属位点一直是设计持续改进的限制因素，因此，这些SAC的能力也无法持续提高。更具体地说，缺乏创新思维，尤其是在关键的氢气演化反应（HER）方面，这是一个导致该领域缺乏进展的因素。新的研究强调推动SACs中金属位点设计的极限，以优化HER，并解决可能影响反应的HO*和O*的中毒效应的重要性。所有这些改进可能会提高反应的性能，从而使可持续能源存储或氢气生产变得更加可行。 随着可再生与清洁能源来源的需求增加，基于氢的技术正变得越来越热门。在这个领域，一个有争议的观点是，氢结合能可能不再是第一选择。 传统观点认为，单原子催化剂（SACs）中的金属位点一直是设计持续改进的限制因素，因此，这些SAC的能力也无法持续提高。更具体地说，缺乏创新思维，尤其是在关键的氢气演化反应（HER）方面，这是一个导致该领域缺乏进展的因素。新的研究强调推动SACs中金属位点设计的极限，以优化HER，并解决可能影响反应的HO*和O*的中毒效应的重要性。所有这些改进可能会提高反应的性能，从而使可持续能源存储或氢气生产变得更加可行。 研究结果于2025年3月发布在Angewandte Chemie…

绿色氢：一种笼状结构材料转变为高效催化剂

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颗粒包合物的特征是复杂的笼状结构，为客体离子提供空间。现在，一个团队首次研究了颗粒包合物作为电解氢生产催化剂的适用性，结果令人印象深刻：这个颗粒包合物样品的效率和稳健性甚至超过了当前使用的基于镍的催化剂。他们还找到了这种增强性能的原因。在BESSY II的测量显示，颗粒包合物在催化反应过程中经历了结构变化：三维笼状结构分解成超薄纳米片，这使得与活性催化中心最大接触。该研究已发表在期刊《应用化学》中。 氢气可以通过水的电解产生。如果该过程所需的电能来自可再生能源，这种氢气甚至是碳中性的。这种“绿色”氢气被视为未来能源系统的重要组成部分，也在化学工业中作为原材料需要大量使用。在电解过程中，有两个反应至关重要：阴极的氢演化和阳极的氧演化（OER）。然而，尤其是氧演化反应减缓了所需的过程。为了加速氢气生产，需要开发更高效和稳健的OER过程催化剂。 当前，基于镍的化合物被认为是用于碱性氧演化反应的良好且便宜的催化剂。这就是Prashanth Menezes博士及其团队的研究所在。化学家表示：“活性镍中心与电解液之间的接触在催化剂的效率中起着至关重要的作用”。在常规镍化合物中，这种表面积受到限制。“因此，我们想测试来自被称为颗粒包合物的迷人材料类别的含镍样品是否可以用作催化剂。”…

研究人员展示了一类新型量子材料，既是金属又是一维的

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一项研究发现了一种稀有的预期在金属化合物中的一维量子磁性，提供了证据证明这一相空间迄今为止仍然主要是理论的。该研究正值全球对重新定义磁性、导电性和量子相干性的量子材料日益关注之际。 该化合物——Ti₄MnBi₂——成为已知的第二种具有确认的一维磁性的金属系统。 来自英属哥伦比亚大学布鲁森量子物质研究所（UBC Blusson QMI）的研究人员进行的研究发现金属化合物Ti₄MnBi₂中存在一种稀有形式的一维量子磁性，提供了证据揭示这一相空间迄今为止仍然主要是理论的。这项研究发表在《自然材料》（Nature…

将激光光束连接成稳定的“光学结”

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科学家们展示了一种全息条，它可以将一束激光分成五道定制的光束，从而形成一种光学结。该研究表明，光学结可以作为一种可靠的方法来传输编码信息或测量空气口袋中的湍流。 结通常被理解为由于长、柔韧材料的扭曲和转动而形成，这些材料用来固定鞋子或者让你在悬挂假日装饰时感到沮丧。光束听起来并不是一种可以形成结的材料。 但实际上是这样的。 想象一下，把几块石头同时扔进池塘。在水面上的某个点，形成的涟漪圈会混合成复杂的图案。现在想象能够控制每个涟漪圈的形状和速度。通过足够的计划，你可以让这个交错点按需形成复杂的三维形状。 在过去的几年中，研究人员基本上一直在用光来做到这一点。通过将几个具有特定属性的激光束重叠，并通过一系列透镜导向，可以形成一个静态的“光学结”，看起来像是在空间中某个特定点的复杂烟环网络。…

弯曲中子束可直接为工业带来好处

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科学家们创造了第一种中子“艾里束”，它具有普通中子束所不具备的奇特能力。这一成就可能会增强基于中子的技术，用于研究难以通过其他手段探索的材料特性。例如，这些束可以探测分子的特性，如手性，这在生物技术、化学制造、量子计算等领域中非常重要。 在物理学的首次成就中，一个包括来自国家标准与技术研究院（NIST）的科学家的团队创造了一种使中子束沿曲线移动的方法。这些艾里束（以英国科学家乔治·艾里命名）是团队利用定制设备创造的，它们可能增强中子揭示有用信息的能力，关于药物、香水、农药等材料——部分原因在于这些束可以绕过障碍物。 宣布这一发现的论文出现在今天的《物理评论快报》上。团队由布法罗大学的杜桑·萨伦纳克领导，加拿大滑铁卢大学量子计算研究所的共同作者构建了帮助创建艾里束的定制设备。团队中还有来自马里兰大学、橡树岭国家实验室、瑞士保罗·谢尔研究所和德国于利希中子科学中心的科学家。 除了沿抛物线形状的路径传播外，艾里束以其他方式表现出违背直觉的特性。与典型的手电筒束不同，它们在传播时不会扩散。它们甚至具有“自愈”的能力，意味着如果障碍物遮挡了束的一部分，束的其余部分在经过障碍物后会重新生成其原始形状。 虽然其他研究团队已用其他粒子（如光子或电子）制作了艾里束，但折腾中子成艾里束更加困难。透镜无法使它们弯曲，并且由于中子没有电荷，电场对它们没有影响。团队需要一种新的方法。…

太阳系外生物活动的最强迹象

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天文学家检测到了太阳系外可能生物特征的最有前景的迹象，尽管他们仍然保持谨慎。 天文学家检测到了太阳系外可能生物特征的最有前景的迹象，尽管他们仍然保持谨慎。 利用詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）的数据，剑桥大学领导的天文学家们在围绕其恒星位于可居住区的系外行星K2-18b的气氛中检测到了二甲基硫（DMS）和/或二甲基二硫（DMDS）的化学指纹。 在地球上，DMS和DMDS仅由生命产生，主要是微生物生命，如海洋浮游植物。虽然K2-18b的大气中这些分子的来源可能是未知的化学过程，但这一结果是迄今为止最强有力的证据，表明在我们的太阳系外可能存在生命。 观测达到了统计显著性的“三西格玛”水平——这意味着它们偶然发生的概率为0.3%。要达到科学发现的公认分类，观测结果必须超过五西格玛阈值，这意味着它们偶然发生的概率低于0.00006%。…
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