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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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测速摄像头需要六个月才能改变司机行为,效果因邻里而异

根据新的研究,纽约市的自动测速摄像头在一段时间内减少了14%的交通事故,并降低了75%的超速违规行为。研究揭示,大多数摄像头在六个月内达到了其安全目的,违规行为下降并保持在低水平——显示驾驶员已经改变了行为,以更加缓慢地驾驶,摄像头按预期工作,以威慑超速行为。 根据纽约大学坦登工程学院(C2SMARTER)发布的《交通研究跨学科视角》的研究,纽约市的自动测速摄像头在2019年至2021年期间对超过1800个校园区域进行监测,减少了交通事故14%,并在一段时间内将超速违规行为减少了75%。 由于超速大约占全国所有机动车死亡人数的三分之一,这些发现意味着在美国人口最稠密的城市,可能会挽救数百条生命。 C2SMARTER来自美国交通部的第一类大学交通中心,补充了纽约市交通局(NYC DOT)自身的2024年报告,该报告同样发现摄像头位置的伤害和死亡率减少了14%,与没有摄像头的对照点进行比较。…

现有国际法可以帮助确保外层空间的和平与安全

世界领导人应该寻求现有国际法关于使用武力的规定,以应对太空日益军事化的威胁,一项新研究表明。 太空有可能成为武装冲突的源头和地点,规范太空中的军事活动是当今国际社会的一项紧迫关注。 反卫星武器(ASAT)测试加剧了人们对太空战争的担忧。来自反卫星武器的太空碎片威胁着轨道上的其他卫星,其中许多为人类社会的运作和全球经济的运行提供了基础。 太空中的冲突可能对平民和国家利益产生灾难性影响,无论是在地球上还是在太空中。 尽管卫星的重要性和保护太空免受军事活动影响的必要性,多边试图限制太空武器化升级的努力却没有成功。…

机制理解可能促进更快充电电池的改进

一位工程师开发出的创新计算模型可能会促成快速充电的锂离子电池的安全性和使用寿命更长。 快速充电的锂离子电池无处不在,为手机、笔记本电脑到电动汽车等一切提供动力。它们也以过热或起火而臭名昭著。 现在,借助一个创新的计算模型,威斯康星大学麦迪逊分校的机械工程师对导致锂离子电池失效的现象有了新的理解。 该模型由威宇·李(Weiyu Li)开发,她是威斯康星大学麦迪逊分校的助理机械工程教授。该模型解释了锂沉积现象,即快速充电触发金属锂在电池阳极表面上累积,从而导致电池的退化加快或起火。…

热施罗丁格猫态已被创建

量子态只能在高度控制的条件下准备和观察。来自奥地利因斯布鲁克的一个研究团队现在已经成功地在超导微波谐振腔中创建了所谓的热施罗丁格猫态。这项研究最近发表在《科学进展》上,表明量子现象也可以在不那么完美、更温暖的条件下被观察和利用。 施罗丁格猫态是量子物理中的一种迷人现象,在这种现象中,一个量子对象同时存在于两种不同的状态。在厄尔温·施罗丁格的思想实验中,这是一只同时活着和死去的猫。在真实实验中,这种同时性已在原子和分子的位置信息和电磁谐振器的振荡中观察到。以前,这些施罗丁格思想实验的类比是通过先将量子对象冷却到其基态,即能量最低的状态来创建的。现在,由格哈德·基希迈尔和奥里奥尔·罗梅罗-伊萨特领导的研究人员首次证明,确实可以从热激发态创建量子叠加。“施罗丁格在他的思想实验中也假设了一只活着的,即‘热’的猫,”来自因斯布鲁克大学实验物理系及奥地利科学院量子光学与量子信息研究所的格哈德·基希迈尔指出。“我们想知道,如果我们没有从‘冷’的基态开始,是否还可以产生这些量子效应,”基希迈尔说。 在他们发表在《科学进展》上的研究中,研究人员使用微波谐振腔中的一微量子比特生成猫态。他们成功地在高达1.8开尔文的温度下创建了量子叠加态——这比腔体的环境温度热六十倍。“我们的结果表明,可以生成具有明显量子特性的高度混合量子态,”进行了实验的伊恩·杨解释道。 研究人员使用了两种特殊的协议来创建热施罗丁格猫态。这些协议以前用于从系统的基态产生猫态。“事实证明,调整过的协议在较高温度下也有效,产生明显的量子干涉,”奥里奥尔·罗梅罗-伊萨特说,他直到最近是因斯布鲁克大学理论物理学教授及IQOQI因斯布鲁克的研究小组负责人,2024年起担任巴塞罗那光子科学研究所(ICFO)主任。“这为量子叠加态的创建和利用开辟了新的机会,例如在纳米机械振荡器中,因为实现基态在技术上可能比较困难。” “当我们第一次告诉同事们我们的结果时,许多人感到惊讶,因为我们通常认为温度是破坏量子效应的因素,”帮助开发实验理论理解的托马斯·阿格伦纽斯补充道。“我们的测量确认了即使在高温下,量子干涉也能持续存在。”…

天文学家发现我们宇宙门口一对注定要毁灭的螺旋星星

天文学家发现了一个极其罕见的高质量紧凑型双星系统,距离地球约150光年。这两颗星星正处于撞击轨道上,预计将作为Ia型超新星爆炸,亮度将是月亮的十倍。 华威大学的天文学家发现了一个极其罕见的高质量紧凑型双星系统,距离地球仅约150光年。这两颗星星正处于撞击轨道上,预计将作为Ia型超新星爆炸,出现在夜空中比月亮亮十倍。 Ia型超新星是一个特殊的宇宙爆炸类别,著名地作为“标准烛光”来测量地球与其宿主星系之间的距离。当一颗白矮星(恒星的致密残余核心)积累了太多质量,无法抵抗自身的引力时,就会发生爆炸。 理论上早已预测,两个围绕运行的白矮星是大多数Ia型超新星爆炸的原因。当它们在接近轨道时,较重的白矮星逐渐从其伴星那里积累物质,这导致那颗星(或两颗星)爆炸。 这一发现今天发表在《自然天文学》上,不仅首次发现了这样的系统,而且发现了一对紧凑的白矮星就位于我们银河系的门口。…

热力学定律的例外情况

一组由马萨诸塞大学阿默斯特分校的物理研究生领导的研究团队最近意外发现了他们称之为“形状恢复液体”的现象,这一现象违反了一些源自热力学定律的长期预期。研究的细节描述了一种油、水和磁化颗粒的混合物,当它被摇晃时,始终迅速分离成看起来像希腊陶罐经典曲线的形状。 “想象一下你最喜欢的意大利沙拉酱,”马萨诸塞大学阿默斯特分校聚合物科学与工程的西尔维奥·O·孔特杰出教授托马斯·拉塞尔说,他是论文的高级作者之一。“它是由油、水和香料组成的,在你把它倒在沙拉上之前,你要摇晃它,以便所有成分混合。”正是那些香料,那些小块其他成分,使得水和油——通常是相互排斥的——能够混合,这一过程称为乳化,并且由热力学定律描述。 乳化在远超调味品的技术和应用中是基础。某一天,马萨诸塞大学阿默斯特分校的研究生安东尼·雷克(Anthony Raykh)在实验室中调配这种科学“沙拉酱”,看看能创造出什么——只不过他使用的是镍的磁化颗粒,而不是香料,“因为当流体中含有磁性颗粒时,您可以设计出各种有趣的材料并具有实用的特性,”雷克说。他调配了混合物,摇晃它——“结果完全出乎意料,混合物形成了这个美丽、完美的陶罐形状。”无论他摇晃多少次或多么用力,陶罐形状总是会恢复。 “我在想‘这是什么东西?’于是,我就在聚合物科学与工程系的走廊里上下走动,敲响我的教授们的门,问他们是否知道发生了什么,”雷克继续说道。没有人知道。但这引起了拉塞尔和马萨诸塞大学阿默斯特分校聚合物科学与工程教授大卫·霍格兰德的注意,霍格兰德是论文的另一位高级作者,同时也是软材料领域的专家。…

含有缺陷填料的聚合物提升塑料的热传导能力

在设计现代设备下一代材料的过程中——这些材料轻便、灵活并且具有优良的散热性能——麻萨诸塞大学阿默斯特分校的研究团队做出了一个发现:缺陷也有其优点。 这项研究发表在《科学进展》上,实验和理论表明,使用含有缺陷的热导填料制成的聚合物(通常称为塑料)比使用完美填料的聚合物性能提高了160%。这个逆直觉的发现挑战了长期以来认为缺陷会降低材料性能的假设。相反,它指向了一种有前景的新策略,用于工程制造具有超高热导率的聚合物复合材料。 该研究由麻萨诸塞大学阿默斯特分校领导,并与麻省理工学院、北卡罗来纳州立大学、斯坦福大学、橡树岭国家实验室、阿贡国家实验室和莱斯大学的合作伙伴共同完成。 聚合物凭借其无与伦比的轻盈性、电气绝缘性、灵活性和易加工性彻底改变了现代设备——这些特性是金属和陶瓷无法媲美的。聚合物嵌入我们技术景观的每个角落,从高速微芯片和LED到智能手机和柔性机器人。然而,常见的聚合物是热绝缘体,导热性差,这可能导致过热问题。它们内在的绝缘特性会困住热量,产生危险的热点,从而降低性能,加速磨损,并增加灾难性故障甚至火灾的风险。 多年来,科学家们一直尝试通过加入导热性强的填料,如金属、陶瓷或碳基材料,来增强聚合物的热导率。逻辑很简单:混合导热填料应该能提高整体性能。…

3D打印皮肤取代动物实验

一个研究团队正在开发一种3D打印的皮肤仿制品,该仿制品配备有活细胞,以便在不进行动物实验的情况下测试化妆品中的纳米颗粒。 来自格拉茨大学(TU Graz)和印度维洛尔理工学院(VIT)的研究团队正在开发一种3D打印的皮肤仿制品,该仿制品配备有活细胞,以便在不进行动物实验的情况下测试化妆品中的纳米颗粒。 指令2010/63/EU对整个欧盟的化妆品及其成分的动物测试规定了限制。因此,迫切需要寻找替代方案,以测试化妆品(如防晒霜)中纳米颗粒的吸收和毒性。来自格拉茨大学(TU Graz)和印度维洛尔理工学院(VIT)的研究小组正在致力于开发模仿人类皮肤原生三层组织结构和生物力学的皮肤仿制品。这些仿制品可以通过3D打印生产,并由与活细胞共同打印的水凝胶配方组成。…

物理学家揭示通过自旋波介导的电子相互作用

物理学家们在电子激发通过自旋波相互作用方面取得了一项新颖的发现。该发现可能为未来技术和先进应用开辟大门,例如光调制器、全光逻辑门和量子转换器。 纽约城市学院的物理学家的开创性研究被认为在电子激发通过自旋波相互作用方面取得了新颖的发现。由物理学家Vinod Menon领导的纳米和微光子学实验室(LaNMP)团队的发现可能为未来技术和先进应用开辟大门,例如光调制器、全光逻辑门和量子转换器。该研究在期刊自然材料上发表。 研究人员展示了在原子级薄(二维)磁体中通过自旋波介导的电子激发(激子 -…

逃逸电池提高安全性

过热的电池是一项严重的风险,在最糟糕的情况下可能导致火灾和爆炸。一支团队现在开发了一种简单、经济有效的方法来测试锂离子电池的安全性,这为未来新型更安全电池的研究开辟了机会。研究人员创建了一种故意不稳定的电池,它对可能引起过热的变化更加敏感。该电池的体积是常规电池的五十分之一,因此资源消耗较少,可以在较小的实验室环境中进行测试。 在你的口袋、包中或工作桌上,可能有一个装有锂离子电池的设备。这些小而强大的可充电电源已成为电子产品的主要组成部分,从心脏起搏器和笔记本电脑到电动车辆。然而,正如机场的安全检查清单所提示的,它们可能成为危险。媒体报道屡见不鲜,锂离子电池过热、冒烟甚至爆炸。这使得安全测试成为制造商和消费者的首要任务。 当电池暴露于不寻常的条件下,例如高温、热冲击、穿刺、压碎、跌落或振动时,可能会引发化学链反应,导致电池以惊人的速度升温(可能达到每分钟几千度)。这种现象被称为热失控,最终可能导致严重的火灾或爆炸。为了尽量减少热失控的风险,已经提出了各种测试方法。其中,加速速率热量计(ARC)测试提供了定量数据,包括电池自加热和热失控的临界温度及相关的热量生成。然而,正如你所想象的,这种测试既危险又耗费高昂。 “现在的安全测试方法依赖于大容量、商用规模的电池,所需的材料资源巨大,制造过程复杂且需遵循严格的防爆标准,”东京大学工程研究生院的教授山田敦夫解释说。“这使得热失控测试对大多数学术和研究机构而言不可及,极大限制了更安全、更先进的下一代电池的发展。” 为了解决这一限制,东京大学和日本材料科学国家研究所的一个团队开发了一种创新方法,通过设计一种故意更倾向于热失控(因此更危险)的微型电池来评估热失控。他们还创建了一个简单的方程式,结合电池热量积累和散发的数据,从而计算出他们称之为热失控因子(TRF)。…

乘着人工智能浪潮快速、精确地进行海洋模拟

科学家们开发了一种基于人工智能的流体仿真模型,它在保持准确性的同时显著减少了计算时间。这种方法可能对离岸发电、船舶设计和海洋监测有所帮助。 人工智能在社会中引发了巨大的变革;现在,它正将目光投向海洋本身。 大阪市立大学的研究人员开发了一种由机器学习驱动的流体仿真模型,显著减少了计算时间而不影响准确性。他们快速而精确的技术为离岸发电、船舶设计和实时海洋监测等潜在应用开辟了路径。 准确预测流体行为对依赖波浪和潮汐能量的行业以及海洋结构和船只设计至关重要。虽然粒子方法——允许粒子模拟流体流动行为——是一种常见的方法,但它们需要大量的计算资源,包括处理能力和时间。通过简化和加速流体仿真,基于人工智能的替代模型在流体动力学研究中引起了轰动。 然而,人工智能并非没有缺陷。…

碳捕集技术从空气中生产清洁燃料

一种独特的碳捕获技术可能提供一种更具成本效益的方式来从空气中去除二氧化碳(CO2)并将其转化为清洁的合成燃料。 由萨里大学的研究人员开发的一种独特碳捕获技术可能提供一种更具成本效益的方式来从空气中去除二氧化碳(CO2)并将其转化为清洁的合成燃料。 发表在应用能源上的一项研究表明,双功能材料(DFM)工艺——将碳捕获与转化结合在一起——可以与更成熟的行业方法相匹配或超越。在最佳条件下,显示出以每吨740美元的成本去除碳,随材料改善有潜力降到400美元以下。 萨里大学过程系统工程副教授、该研究的主要作者迈克尔·肖特博士说: “我们首次能够证明,使用DFM进行直接空气捕获(DAC)在财务上是具有竞争力的——同时在这个过程中生成清洁燃料如甲烷。…