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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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科学家创造了一种“极具光辉”的纳米级化学工具

想象一下自动扣合在一起形成强大、平坦薄片的微小建筑玩具零件。随后,科学家们在这些薄片上添加特殊的化学“钩子”,以连接称为荧光团的发光分子。研究人员创造了这些微小的基于粘土的材料——称为荧光聚离子纳米粘土。它们可以定制用于多种用途,包括推动能源和传感器技术,改善医疗治疗和保护环境。 助理教授加里·贝克(Gary Baker)、皮尤尼·伊什塔维拉(Piyuni Ishtaweera,博士‘24)及其团队创造了这些微小的基于粘土的材料——称为荧光聚离子纳米粘土。它们可以定制用于多种用途,包括推动能源和传感器技术,改善医疗治疗和保护环境。 如今,有成千上万种商业可用的荧光团被用于医学成像、疾病检测和生物标志物标记,以及用于化学分析、法医调查和生物传感器的传感器。它们在工业应用中也可以发挥关键作用,例如水质监测。…

宇宙的扭曲:宇宙可能在旋转

一项新的研究表明,宇宙可能在旋转——只是极其缓慢。这一发现可能有助于解决天文学中最大的难题之一。 夏威夷大学天文学研究所的伊什特凡·萨普迪等研究人员在《皇家天文学会月刊》上发表的一项新研究表明,宇宙可能在旋转——只是极其缓慢。这一发现可能有助于解决天文学中最大的难题之一。 萨普迪说:“换句话说,我们认为也许是‘万物旋转’(Panta Kykloutai)。” 目前的模型认为宇宙在各个方向上均匀扩张,没有旋转的迹象。这一想法符合大多数天文学家的观察。但它无法解释所谓的“哈勃张力”——一种长期存在的测量宇宙扩展速度的两种方法之间的分歧。…

机器人蜜蜂降落了

最近创建的RoboBee现在配备了迄今为止最可靠的着陆装置,灵感来自自然界中最优雅的着陆者之一:蜻蜓。团队为他们的飞行机器人设计了一套长而关节灵活的腿,帮助其从空中平稳过渡到地面。机器人还获得了一个升级的控制器,帮助它在接近时减速,最终以温和的方式降落。 哈佛RoboBee早已证明它能够像真正的昆虫一样飞行、俯冲和悬停。但如果没有安全的着陆方式,飞行的奇迹又有什么意义呢? 哈佛微型机器人实验室的这个著名工程成就,RoboBee现在配备了迄今为止最可靠的着陆装置,灵感来自自然界中最优雅的着陆者之一:蜻蜓。 在《科学机器人》(Science Robotics)上发表的研究中,由哈佛大学工程与应用科学学院(SEAS)哈里·刘易斯和马林·麦克格拉斯教授罗伯特·伍德领导的团队,为他们的飞行机器人设计了一套长而灵活的腿,帮助它顺利从空中过渡到地面。机器人还获得了一个升级的控制器,帮助它在接近时减速,从而实现轻柔的降落。…

农场机器人在高架床之间自主导航与收割

一名研究人员开发了一种用于温室栽培和其他农场工作的农业机器人的自动驾驶算法。 对这种需求旺盛的水果来说,草莓田将永远存在,但进行艰苦的收割工作的劳动力可能会继续减少。虽然高床栽培在一定程度上减轻了人工劳动,但需要机器人帮助收割草莓、番茄和其他农作物的需求显而易见。 作为第一步,大阪市立大学助理教授藤永拓也开发了一种算法,使机器人能够以两种模式自主驾驶:移动到预设目的地和沿着高床栽培床移动。这位工程学院的研究人员对一种利用激光雷达点云数据进行环境映射的农业机器人进行了实验。 激光雷达可用于一些高端专业手机,并被自动驾驶汽车使用,利用激光脉冲的光作为远程感应的方法。因此,农业机器人能够在与栽培床保持恒定距离的同时,准确移动,其有效性在虚拟和实际环境中得到了验证。 藤永教授解释道:“如果机器人能在农场上更精确地移动,它们能够自动执行的任务范围将扩大,不仅包括收割,还包括监测疾病和修剪。”他表示:“我的研究展示了一种可能性,一旦这种类型的农业机器人变得更实用,它将对提高工作效率和减少劳动力产生重大贡献,尤其是在高床栽培方面。”…

一种新型超级金属在任何温度下都表现出强度

一个研究团队开发出一种新合金,能够在-196摄氏度到600摄氏度之间保持拉伸性能。 由POSTECH(浦项科技大学)材料科学与工程系、冶金技术研究生院以及机械工程系的金亨燮教授领导的研究团队,开发出一种新合金,能够在-196°C到600°C的极端温度范围内保持其强度和延展性。这一发现引起了航空航天和汽车工业的关注,已发表于国际期刊Materials Research Letters. 大多数日常生活中使用的金属对温度变化敏感——金属门把手在冬天感觉冰冷,在夏天则感觉烫人。因此,传统金属材料通常在狭窄的温度范围内进行优化,限制了它们在剧烈温度波动环境中的有效性。…

利用降雨水获取清洁能源的一步

当两种材料接触时,它们表面的带电实体会受到一点推动。这就是在皮肤上摩擦气球产生静电的原理。同样,流过某些表面的水也可以获得或失去电荷。目前,研究人员利用这种现象从通过管道移动的雨滴生成电能。他们展示了一种新型流动,产生足够的电力来点亮12个LED灯。 “水通过垂直管道下落,通过使用特定的水流模式:堵塞流,产生大量电能,”研究的通讯作者Siowling Soh说道。“这种堵塞流模式可能允许收集雨能以产生清洁可再生电力。” 当流动的水推动涡轮时,就会产生电力。然而,水电受到大水量的限制,如河流。对于体积更小和流速更慢的水,一种替代方法是利用电荷分离,这是一种在水通过电导性内表面流动时产生电荷的现象。但电荷分离效率极低,因为它仅限于水流通过的表面。此前,科学家们尝试通过微米或纳米尺度的通道来提高其效率,以便为连续流动的水增加更多的表面积。然而,水并不会自然地通过如此微小的通道,并且如果泵送,则所需的能量超过了产生的能量。因此,Soh、Chi Kit…

紧凑型中红外脉冲发生器

物理学家们创造了一种紧凑型激光器,能够在一个有用但难以实现的波长范围内发出极其明亮、短暂的光脉冲,将大型光子设备的性能集成到一个芯片上。 哈佛约翰·A·保尔森工程与应用科学学院(SEAS)的物理学家们创造了一种紧凑型激光器,能够在一个有用但难以实现的波长范围内发出极其明亮、短暂的光脉冲,将大型光子设备的性能集成到一个芯片上。 研究发表在《自然》期刊上,这是第一篇展示可以在芯片上实现的皮秒中红外激光脉冲发生器,该设备在运行时不需要外部组件。该装置可以制造所谓的光频梳,这是一种由均匀间隔的频率线组成的光谱(如梳子),目前用于精密测量。这种新的激光芯片未来可能加速创建高灵敏度、大范围气体传感器,用于环境监测,或用于医学成像的新型光谱工具。 论文的资深作者是费德里科·卡帕索(Federico Capasso),他是SEAS的应用物理学罗伯特·L·华莱士教授,并且是电气工程领域的文顿·海斯高级研究员。该研究得到了国家科学基金会和国防部的支持,是与维也纳科技大学(TU…

研究发现电气化铁路显著改善空气质量

将旧的柴油火车切换为电动火车,显著改善了旧金山湾区Caltrain通勤铁路线路上的空气质量,研究发现,这减少了乘客对致癌物质黑碳的暴露,平均降低了89%。该系统的电气化也显著减少了旧金山车站内外的环境黑碳浓度。 将旧的柴油火车切换为电动火车,显著改善了旧金山湾区Caltrain通勤铁路线路上的空气质量,研究发现,这减少了乘客对致癌物质黑碳的暴露,平均降低了89%。该研究今天发表在《环境科学与技术快报》杂志上。 研究发现,该系统的电气化也显著减少了旧金山车站内外的环境黑碳浓度。 加州大学伯克利分校环境工程和环境健康教授、研究的高级作者乔书亚·阿普特表示:“从柴油列车到电动列车的过渡仅在几周内完成,然而我们在车站看到的黑碳浓度下降与加州城市在30年的空气质量法规下所取得的成果相同。这个结果确实为美国仍在使用老旧、监管不力的柴油机车的许多铁路系统的电气化提供了支撑。” Caltrain运营着美国西部最繁忙的通勤铁路系统,每年沿旧金山和圣荷西之间的47英里线路运送数百万乘客。在2024年8月和9月的六周内,该系统退役了所有29辆柴油机车,并用23辆新电动列车取而代之。新列车的推出是于2017年启动的24.4亿美元现代化和脱碳项目的高潮。…

“大惊喜”:天文学家发现一颗行星在一对恒星周围以垂直轨道 orbit

天文学家发现了一颗行星,它以90度的角度绕着一对罕见的奇异恒星公转。这是我们第一次获得强有力的证据,证明这些“极地行星”之一在恒星对周围公转。这个令人惊讶的发现是使用欧洲南方天文台的甚大望远镜(VLT)进行的。 过去几年,已经发现了几颗同时绕两颗恒星公转的行星,类似于虚构的《星球大战》世界塔图因。这些行星通常占据的轨道大致与其宿主恒星相互公转的平面对齐。之前有迹象表明,围绕双星以垂直或极地轨道公转的行星可能存在:理论上,这些轨道是稳定的,并且已探测到围绕恒星对的极地轨道上的行星形成盘。然而直到现在,我们还缺乏明确的证据表明这些极地行星的存在。 “我特别兴奋能够参与到寻找这种配置存在的可信证据中,”来自英国伯明翰大学的博士生托马斯·贝克罗夫特说,他领导了今天在《科学进展》上发表的这项研究。 这颗前所未有的 exoplanet…

火星上的水晶线索指向有水的和可能支持生命的过去

一项由昆士兰科技大学(QUT)主导的新研究分析了来自NASA毅力号探测器的数据,揭示了火星表面下方多个矿物形成事件的令人信服的证据——这一发现使科学家们更进一步回答这个深刻的问题:火星上曾经存在生命吗? 一项由昆士兰科技大学(QUT)主导的研究分析了来自NASA毅力号探测器的数据,揭示了火星表面下方多个矿物形成事件的令人信服的证据——这一发现使科学家们更进一步回答这个深刻的问题:火星上曾经存在生命吗? 昆士兰科技大学的研究团队由中央分析研究中心和化学与物理学院的迈克尔·琼斯博士领导,团队成员包括大卫·弗兰纳里副教授、克里斯托夫·施兰克副教授、布伦丹·奥伦斯坦和彼得·内梅雷,以及来自北美和欧洲的研究人员。 这些发现发表在《科学进展》杂志上。 琼斯博士说:“硫酸盐矿物在火星的大部分地区以不同的水分存在,这使我们能够理解水在这个星球上的移动情况,这对于理解火星过去的宜居性至关重要。”…

科学家发现证据推翻了地球水源起源的理论

研究人员帮助推翻了水在地球上起源于小行星撞击其表面的流行理论。科学家分析了一颗与早期地球相似的陨石,以了解我们星球上氢的起源。研究小组证明,构成我们星球的物质中氢的含量远比先前认为的要丰富。这一发现支持了这样一种理论:地球上适宜居住条件的形成并不依赖于小行星撞击地球。 牛津大学的研究人员帮助推翻了水在地球上起源于小行星撞击其表面的流行理论。相反,构成我们星球的物质中氢的含量远比先前认为的要丰富。这一发现今日已发表在《Icarus》杂志上。 牛津大学的研究小组揭示了关于水在地球起源的重要证据。他们利用一种稀有类型的陨石,称为辉石球粒陨石,其成分与早期地球(约45.5亿年前)相似,发现了关键的氢源,这对水分子的形成至关重要。 关键的是,他们证明了这种材料中所含的氢是内在的,而不是由于污染而引入的。这表明,构成我们星球的物质中氢的含量远比先前认为的要丰富。 没有氢,水的基本组成元素,地球将无法发展出支持生命的条件。氢的起源,以及水在地球上的起源,一直备受争议,许多人认为所需的氢是由小行星在地球早期的约1亿年间从外太空带来的。但这些新发现与此相矛盾,建议相反的看法,即地球在形成时就拥有了创造水所需的氢。…

观测到的最遥远的银河系双胞胎

一个国际团队发现了迄今为止已知的最遥远的螺旋星系候选者。这个超大质量系统存在于大爆炸后仅十亿年,已经展现出显著成熟的结构,拥有中央的老球状体、大型恒星形成盘和清晰的螺旋臂。此次发现是利用詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)的数据进行的,提供了有关星系如何在早期宇宙中快速形成和演化的重要见解。 由日内瓦大学(UNIGE)领导的国际团队发现了迄今为止已知的最遥远的螺旋星系候选者。这个超大质量系统存在于大爆炸后仅十亿年,已经展现出显著成熟的结构,拥有中央的老球状体、大型恒星形成盘和清晰的螺旋臂。此次发现是利用詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)的数据进行的,提供了有关星系如何在早期宇宙中快速形成和演化的重要见解。该研究发表在《天文学与天体物理学》上。 像银河系这样的大型螺旋星系预计需要数十亿年的时间才能形成。在宇宙历史的最初十亿年内,星系被认为是小型、混乱且形状不规则的。然而,JWST开始揭示出截然不同的图景。它的深红外成像揭示了比之前预期中更早出现的令人惊讶的巨大且结构良好的星系——促使天文学家重新评估星系在早期宇宙中是如何以及何时形成的。 早期宇宙中的银河系双胞胎 在这些新发现中,有一颗被称为Zhúlóng的星系,这是迄今为止发现的最远螺旋星系候选者,红移为5.2——仅在大爆炸后10亿年。尽管处于这个早期的时代,该星系展现出惊人的成熟结构:一个中央的老球状体,一个大型恒星形成盘和螺旋臂——这些特征通常在附近的星系中可见。…