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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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从无聊到爆发:巨型黑洞觉醒

天文学家正在研究从一个新觉醒的黑洞中观察到的最长和最强能量的X射线爆发。实时观察这一奇怪行为的发展为我们提供了一个独特的机会,以更多地了解这些强大的事件以及大质量黑洞的神秘行为。 虽然我们知道超大质量黑洞(质量是我们太阳的数百万倍)潜伏在大多数星系的中心,但它们的本质使得它们难以被发现和研究。与黑洞不断“吞噬”物质的流行观点相反,这些引力怪兽可以在休眠、不活跃的阶段度过很长时间。 这在SDSS1335+0728的中心的黑洞都是如此,这是一座位于处女座、距我们300百万光年的遥远而不起眼的星系。在保持不活动几十年后,它突然亮起,并最近开始产生前所未有的X射线光闪烁。 活动的第一个迹象出现在2019年底,当时这个星系意外地开始明亮发光,吸引了天文学家的注意。经过几年的研究,他们得出结论认为,他们所看到的异常变化可能是由于黑洞突然“开启”——进入一个活跃阶段。这个星系明亮、紧凑的中央区域现在被归类为一个活动星系核,昵称为“安斯基”。 “当我们第一次在光学图像中看到安斯基亮起时,我们触发了使用美国宇航局的斯威夫特X射线空间望远镜进行后续观察,并检查了eROSITA…

让玻璃物理变得更透明

一位科学家回答了理论玻璃物理学中一个长期存在的问题:对于一个本质上处于非平衡状态的系统,作为一个序参量意味着什么?从第一原理出发,这位科学家重新审视了平衡的含义,并得出结论,玻璃的序参量只不过是原子的时间平均位置。 几个世纪以来,人类在艺术、工具和技术中利用玻璃。尽管这种材料无处不在,但其许多微观性质仍然尚未很好理解,并且它依然难以用传统物理进行描述。 进入大阪大学的白井公。 在《基础》杂志发表的一篇文章中,白井将传统物理理论与非平衡材料的研究结合起来,为玻璃的热力学提供了一个坚实的描述。 大多数材料处于平衡状态,这意味着材料原子上的力和力矩处于平衡。然而,玻璃则是一个著名的例外:它们是无定形固体材料,其原子始终在重新排列,尽管非常缓慢,朝向一个平衡状态,但并不处于平衡状态。…

一种新的智能手机大小的设备可以检测结核病:这对儿童的重要性在于什么

这种手持设备是第一个可以在唾液中检测结核病的设备,此外还可以检测血液和痰液样本,这对于检测儿童和艾滋病患者来说是一个重要的突破,因为他们在产生痰液方面存在困难。该设备被发现能够在不到一个小时的时间内提供快速、准确的结果,为资源有限地区的结核病诊断提供了成本效益高且可获取的解决方案。 根据发表在《科学转化医学》上的一项研究,杜兰大学的研究人员开发了一种首创的手持诊断设备,能够在不到一个小时的时间内提供快速、准确的结核病诊断。 这种智能手机大小、采用电池供电的实验室/管道试剂盒(LIT)提供了一种成本效益高的工具,可以改善结核病诊断,特别是在卫生保健设施和实验室设备较少可用的资源有限的农村地区。超过90%的新结核病病例发生在低收入和中等收入国家。 这种即时检测设备是第一个在唾液中检测结核分枝杆菌(Mtb)DNA的设备,此外还可以检测血液和痰液样本。唾液比血液或痰液更容易获取,非侵入性获取能够提供准确结果的样本对于成功检测儿童至关重要。根据世界卫生组织的数据显示,每年有超过一百万儿童感染结核病,超过一半未被诊断或报告。 结核病是全球最致命的传染病,每年感染估计有1000万人。最近由于医疗服务的干扰导致的结核病病例激增,更加突显了有效、可获取的诊断工具的迫切需求。…

“隐秘的星系”:揭开宇宙某些秘密的关键

天文学家们通过时间的回溯,发现了一群看似“隐藏”的星系,这些星系可能是解锁宇宙某些秘密的关键。如果他们的存在得到证实,这将“有效地打破当前关于星系数量和演化的模型”。这些可能的星系还可能为宇宙中红外光能量生成的拼图提供缺失的一块。这是因为它们的光结合在一起,足以补充宇宙的能量预算,使其达到我们观察到的最大值,有效解释所有在这些长波长下剩余的能量辐射。 天文学家们通过时间的回溯,发现了一群看似“隐藏”的星系,这些星系可能是解锁宇宙某些秘密的关键。 如果他们的存在得到证实,这将“有效地打破当前关于星系数量和演化的模型。” 这些可能的星系还可能为宇宙中红外光能量生成的拼图提供缺失的一块。 这是因为它们的光结合在一起,足以补充宇宙的能量预算,使其达到我们观察到的最大值,有效解释所有在这些长波长下剩余的能量辐射。…

带宽十倍的放大器为超激光打开了大门

快速增长的数据流量对通信系统的容量提出了越来越大的要求。瑞典查尔默斯科技大学的研究团队现在推出了一种新型放大器,它能够每秒传输比当前光纤系统多十倍的数据。这个适合小芯片的放大器在各种关键激光系统中具有重要潜力,包括用于医疗诊断和治疗的激光系统。 快速增长的数据流量对通信系统的容量提出了越来越大的要求。瑞典查尔默斯科技大学的研究团队在《自然》杂志上发表的文章中介绍了一种新型放大器,它能够每秒传输比当前光纤系统多十倍的数据。这个适合小芯片的放大器在各种关键激光系统中具有重要潜力,包括用于医疗诊断和治疗的激光系统。 人工智能技术的进步、流媒体服务的日益普及以及新智能设备的激增等因素正在推动预计到2030年数据流量翻倍。数据流量的剧增提高了对能够管理大量信息的通信系统的需求。 目前,光通信系统被用于互联网、电信和其他数据密集型服务。这些系统利用光在长距离传输信息。数据通过以高速度在光纤中传播的激光脉冲传输,光纤由细的玻璃纤维组成。 为了确保信息保持高质量而不被噪声淹没,光放大器至关重要。光通信系统的数据传输能力在很大程度上取决于放大器的带宽,即其能处理的光波长范围。…

3D打印开源机器人提供了材料合成的可访问解决方案

FLUID,一个开源的3D打印机器人,提供了一种经济实惠且可定制的自动化材料合成解决方案,使先进研究对更多科学家变得可及。 一个由北海道大学科学学院的高桥圭介教授领导的研究团队创建了FLUID(流动液体利用交互设备),这是一种使用3D打印机和现成电子组件构建的开源机器人系统。 为了展示FLUID的能力,研究团队使用该机器人自动化共沉淀钴和镍,以精确和高效地创建二元材料。“通过采用开源,利用3D打印机,并利用常见的电子产品,构建一款功能性机器人变得可能,其可根据特定需求进行定制,且费用远低于商业机器人通常所需的成本,”该研究的主要作者三河原见佳说道。 FLUID的硬件包括四个独立模块,每个模块配备一个注射器、两个阀门、一个用于阀门控制的伺服电机和一个用于精确控制注射器活塞的步进电机。每个模块还配有一个终止传感器,以检测注射器的最大填充位置。 这些模块连接到微控制器板,微控制器板通过USB从计算机接收命令。该系统还包括软件,使用户能够控制机器人的功能,如阀门调整和注射器动作,并提供实时状态更新和传感器数据。…

脱碳改善大多数国家的能源安全

研究人员分析了在2060年前减少碳排放的1092种情景中与能源安全相关的贸易风险。他们发现,替代对进口化石燃料的依赖,转而依赖清洁能源所需的关键矿物,将在大多数国家(包括美国,前提是其培养新贸易伙伴)提高能源安全。 根据4月9日发表在《自然气候变化》上的一项研究,到2060年,从化石燃料转向清洁能源技术将提高大多数国家的能源安全并降低贸易风险。 锂、镍、钴、铜和稀土矿物是各国和公司争相获取能源系统所需的重要材料,而这些系统不会向我们的气氛中增加温室气体。与化石燃料不同,这些材料的自然储备主要集中在全球南方,正在重塑能源和全球贸易的地缘政治。 研究的高级作者、斯坦福多尔可持续发展学院地球系统科学教授史蒂夫·戴维斯表示:“大多数人关注的新问题,实际上并没有真正考虑到摆脱化石燃料所带来的安全利益。对未来净零排放系统中的大多数国家而言,减少对进口化石燃料的依赖并增加对这些新材料的依赖,实际上是能源安全的一大胜利。” 研究人员发现,即便是拥有世界上最大化石燃料储备但仅有少量关键矿产储备的美国,去碳化也可能提高能源安全,特别是如果该国培养新的贸易伙伴。…

利用电力进行更清洁的铁提取的一步

铁及其合金,如钢铁和铸铁,主导现代世界,对铁制产品的需求不断增长。传统上,高炉将铁矿石转化为纯化的元素金属,但这一过程需要大量能量并排放空气污染。现在,研究人员在《ACS能源快报》中报告说,他们开发了一种使用电化学从合成铁矿石中提取铁的更清洁方法,他们表示这种方法可能在成本上与高炉竞争。 “鉴定能够在低温下转化为铁金属的氧化物是开发完全电气化钢铁制造工艺的重要一步,” 该研究的通讯作者保罗·肯普勒说。 电化学制铁通过将电流通过含有铁的原料液体来分离金属。与高温高炉相比,电化学过程可以显著减少空气污染物的排放,例如温室气体、二氧化硫和颗粒物,并且表明节能的潜力。此前,肯普勒及其同事使用这种方法将含有固态三氧化二铁颗粒和氢氧化钠的溶液直接转化为元素铁,温度在176到194华氏度(80到90摄氏度)之间。然而,当测试某些具有不规则尺寸、致密颗粒和杂质的天然铁矿石时,这种低温过程并不具选择性。因此,肯普勒和由阿纳斯塔西娅·科诺瓦洛娃和安德鲁·戈尔德曼领导的新研究团队希望了解哪些类似铁矿石的原料可以支持该过程的可扩展增长。 首先,研究人员准备了具有内部孔洞和连接腔的高比表面积铁氧化物颗粒,以研究颗粒的纳米级形态如何影响电化学反应。然后,他们将其中一些转化为微米宽的铁氧化物颗粒,以模拟天然矿石的形态。这些颗粒仅含有少量的微量杂质,例如碳和钡。研究小组设计了一种专用阴极,以在电流通过含有铁氧化物颗粒的氢氧化钠溶液时抽取铁金属。在实验中,致密的铁氧化物在50毫安每平方厘米的电流密度下最具选择性地还原或转化为元素铁,这与快速充电的锂离子电池相似。相反,粒度较大且具有更高孔隙率的松散颗粒以及更高的比表面积促进了电化学铁的更有效生产,相较于那些模仿较低孔隙率的天然铁矿石赤铁矿的颗粒。…

工程师利用人工智能将手语“复活”,实时翻译

美国手语(ASL)识别系统常常因手势相似、图像质量差和光照不一致而在准确性上遇到困难。为了解决这个问题,研究人员开发了一种系统,能够以98.2%的准确率实时翻译手势为文本,适应不同的环境条件。该系统使用标准网络摄像头和先进的跟踪技术,为现实世界的应用提供了可扩展的解决方案,MediaPipe跟踪每只手上的21个关键点,YOLOv11精确分类ASL字母。 对于世界各地数百万听障人士来说,沟通障碍使日常互动变得具有挑战性。传统解决方案如手语翻译员通常稀缺、费用高昂且依赖于人的可用性。在日益数字化的世界中,提供实时、准确和可及通信解决方案的智能辅助技术的需求日益增长,旨在弥补这一关键空白。 美国手语(ASL)是使用最广泛的手语之一,由独特的手势构成,代表字母、单词和短语。现有的ASL识别系统在实时性能、准确性和在多样环境中的鲁棒性方面常常面临挑战。 ASL系统面临的主要挑战在于区分视觉上相似的手势,如“A”和“T”或“M”和“N”,这常常导致错误分类。此外,数据集的质量也带来了显著障碍,包括图像分辨率低、运动模糊、光照不一致,以及手的大小、肤色和背景的变化。这些因素引入了偏差,降低了模型在不同用户和环境中泛化的能力。 为了应对这些挑战,佛罗里达大西洋大学工程与计算机科学学院的研究人员开发了一种创新的实时ASL翻译系统。该系统结合了YOLOv11的目标检测能力与MediaPipe的精确手部跟踪,能够实时准确识别ASL字母。使用先进的深度学习和关键手点跟踪,它能够将ASL手势翻译为文本,使用户能够与之交互地拼写名字、地点等,取得显著的准确性。…

科学家们发现了历史上最大的稀有氦同位素浓度的太阳排放物

NASA/ESA的太阳轨道探测器最近记录到了从太阳喷发出的稀有氦同位素(3He)的最高浓度。由西南研究院领导的科学家团队寻求这一不寻常现象的来源,以更好地理解驱动渗透我们太阳系的太阳能量粒子(SEPs)的机制。SEPs是高能加速粒子,包括伴随太阳事件(如耀斑和日冕物质抛射)而来的质子、电子和重离子。 “这种稀有同位素比更常见的4He轻,仅差一个中子,在我们的太阳系中十分稀少——其比例大约是每2500个4He离子中有一个3He离子,”负责描述这一现象论文的西南研究院博士拉多斯拉夫·布西克说。“然而,太阳喷流似乎优先加速3He至高速度或高能量,这很可能与其独特的电荷质量比有关。” 布西克表示,推动这一加速的机制仍未知,但通常可以将3He的丰度提升至其在太阳大气中的通常浓度的1万倍——这一效应在其他已知天体物理环境中是无与伦比的。不敢相信的是,在这种情况下,太阳轨道探测器记录到3He的增幅高达20万倍。除了其极大的丰度,3He的加速速度显著高于重元素。 西南研究院团队确定了3He排放的来源。NASA的太阳动力学观测站(SDO)提供了在日冕孔边缘的小太阳喷流的高清图像——这是磁场线打开至行星际空间的区域。尽管其体积微小,但布西克表示,这个喷流明显与SEPs事件相关联。 “令人惊讶的是,该区域的磁场强度较弱,更像是静谧的太阳区域,而非活跃区域,”他补充道。“这一发现支持了早期理论,即在弱磁化等离子体中,3He的富集更可能发生,而在此情况下湍流最小。”…

你的皮肤在呼吸:一种新型可穿戴设备可以测量它

研究人员开发了第一款可穿戴设备,用于测量从皮肤发出的气体和被皮肤吸收的气体。通过分析这些气体,该设备提供了一种全新的评估皮肤健康的方法,包括监测伤口、检测皮肤感染、跟踪水分水平、量化接触有害环境化学物质的程度等。 西北大学的研究人员开发了第一款可穿戴设备,用于测量从皮肤发出的气体和被皮肤吸收的气体。 通过分析这些气体,该设备提供了一种全新的评估皮肤健康的方法,包括监测伤口、检测皮肤感染、跟踪水分水平、量化接触有害环境化学物质的程度等。 这项新技术由一组传感器组成,能够精确测量温度、水蒸气、二氧化碳(CO2)和挥发性有机化合物(VOCs)的变化,这些参数能为各种皮肤状况和整体健康提供宝贵的见解。这些气体流入设备中的一个小腔室,该腔室悬停在皮肤上方,实际并不接触皮肤。这种非接触的设计特别适合在不打扰脆弱组织的情况下收集有关脆弱皮肤的信息。 这项研究将于周三(4月9日)在《自然》杂志上发表。论文证明了该设备在小动物和人类中的有效性。…

偶然发现可能导致更高效的催化剂

通过将热蒸汽汽车废气送过催化剂来制备催化剂,可以提高其效率,并减少在汽车催化转化器以及许多其他排放控制和工业过程中所需的稀有和昂贵金属的数量。 在《自然》杂志上,一组国际研究人员报告发现,含有氮氧化物和一氧化碳的热废气引发了一种先前未知的反应,如果主动使用,可以显著提高催化活性。催化剂是可以增加化学反应速率的物质。 研究人员发现,热废气促使羧酸粒子(催化剂材料的组成部分之一)形成二维纳米级簇。这些簇密集地覆盖在表面上,创造了许多化学反应可能发生的场所,从而提高了过程的效率。该方法还产生了大量与铈原子相关的松散结合的氧离子,这些氧离子可以轻松移动,并进一步改善许多需要添加或去除氧的常见催化反应。 “它们就像一个氧海绵,一旦氧被轻易激活,对于许多需要氧的反应非常有用,比如烃和一氧化碳的氧化。”华盛顿州立大学基因和琳达·沃兰化学工程与生物工程学院的瑞金教授、该研究的通讯作者之一王勇说。“这为多反应的催化剂提供了更好的设计。” 偶然发现的新处理方法被发现可以将催化活性提高约十倍。…