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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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电动车电池回收是未来锂供应的关键

轻便而强大的锂离子电池对电动汽车的转换至关重要,未来25年全球对锂的需求预计将快速增长。加州大学戴维斯分校的一项新分析,发表于《自然可持续性》杂志,探讨了新的矿业操作和电池回收如何满足这一需求。研究人员发现,回收在缓解供应约束方面可能发挥重要作用。 “电池是锂需求的巨大新来源,”加州大学戴维斯分校环境工程教授阿丽莎·肯达尔说,她是这篇论文的资深作者。 肯达尔表示,锂是一种相对常见的矿物,大约在10年前,需求相对较小且稳定,只有少数矿山提供全球供应。随着电动汽车的普及,全球对锂的需求急剧上升——仅在2022至2023年期间就增长了30%。 “政府需要知道锂的来源以及我们是否会用尽,”她说。 研究生巴勃罗·布希说,之前的研究主要集中在预测未来30年的累计需求与已知的地面锂储量相比。而开设一座新的锂矿是一个可能耗资数十亿美元的投资,可能需要10到15年才能开始生产。他表示,新的矿业提案可能会因环境法规和地方反对而被延迟或取消。…

物理隐形像消失魔术一样治疗结构缺陷

一种新技术通过在材料中本质上隐藏开口来保持结构完整性。与其增强开口(例如孔或窗口)以保护免受少数特定力量的影响,新方法重新组织几乎任何可能影响周围材料的力量,以避免开口。 无论是设计飞机中的窗户还是发动机的电缆导管,制造商在增强开口以确保结构完整性上投入了大量精力。但这种增强通常不是完美的,并且往往在其他地方造成结构弱点。 现在,普林斯顿大学和乔治亚理工学院的工程师们开发出一种技术,可以通过本质上隐藏开口来保持结构完整性。与其加强开口以防止少数特定的力量,新方法重新组织几乎所有可能影响周围材料的力量,以避免开口。 在5月5日发表在《美国国家科学院院刊》上的一篇文章中,研究人员表示,他们用微观结构包围开口,以抵御多种载荷——造成应力、运动或变形的外部力量。微观结构的形状和方向经过校准,能够与结构面临的最大挑战性载荷相配合,使设计师能够同时应对多种应力。 “想象一下一个有孔的板。如果你给它施加应力,如果你拉扯它,你会看到应力集中在板的孔周围,使得板比没有孔时更早地断裂,”乔治亚理工学院的机械工程助理教授、本文作者之一艾米莉·D·桑德斯说,“我们希望设计环绕这个孔或缺陷的东西,使得这个孔看起来不存在。”…

理解银河团为何温暖可能揭示巨型星际结构的起源

天文学家解释了一个星系团如何保持其热量,尽管它发出 X 射线,导致其中心的热气体冷却。研究小组发现了在半人马星系团中心存在快速移动的高温气流。结果表明,如何避免热气体的冷却以及为什么星系团看起来如此。 XRISM 科学团队,包括名古屋大学的成员,解释了星系团如何保持热量,尽管它发出…

宇宙之谜加深,天文学家发现一种在无线电波和X射线中闪烁的物体

一组国际天文学家发现了一种新的宇宙物体,既发射无线电波又发射X射线。 来自国际无线电天文学研究中心(ICRAR)的天文学家与国际团队合作,发现了一种新的宇宙现象的惊人发现。 该物体被称为ASKAP J1832-0911,每44分钟发射持续两分钟的无线电波和X射线脉冲。 这是首次在X射线中检测到类似的物体,称为长周期瞬态(LPTs)。天文学家希望这可能提供有关在天空中观察到的类似神秘信号的来源的见解。…

孤子超荧光为高温量子材料铺平道路

一项新的研究在《自然》杂志上描述了高温下实现超荧光所需的机制和材料条件。这项研究可能为设计能够在高温条件下实现奇特量子态(例如超导、超流或超荧光)的材料提供蓝图,从而为无需极低温度即可运行的量子计算机等应用铺平道路。 这项工作的国际团队由北卡罗来纳州立大学领导,并包括来自杜克大学、波士顿大学和巴黎高等理工学院的研究人员。 “在这项工作中,我们展示了高温下宏观量子相干的实验和理论原因,”北卡罗来纳州立大学物理学教授、该研究的通讯作者Kenan Gundogdu说道。“换句话说,我们终于可以解释为什么某些材料在需要环境温度下的奇特量子态的应用中表现得比其他材料更好。” 想象一下,一群鱼齐心协力游动或萤火虫同步闪烁——这些都是自然界中集体行为的例子。当类似的集体行为发生在量子世界时——即宏观量子相变现象——它会导致超导、超流或超荧光等奇特过程。在所有这些过程中,一组量子粒子形成一个宏观相干的系统,表现得像一个巨大的量子粒子。…

新型手性光子器件结合了光的操控与记忆功能

工程师们开发了一种多功能、可重构的光计算系统组件,这可能会在电子学领域带来变革。 尽管现代电子产品的速度已经很快,但如果它们的操作是基于光而非电,速度可以更快。光纤电缆已经以光速传输信息;为了对这些信息进行计算而不将其转换回电信号,将需要一系列新的光学组件。 犹他大学的工程研究人员现在开发了这样的设备——一种能够实时调整,使光具有不同程度的圆偏振的设备。由于信息可以存储在一种称为手性(light chirality)的光的特性中,研究人员的设备可以作为光计算系统的多功能、可重构组件。 由电气与计算机工程系的助理教授高为璐(Weilu…

研究人员工程化一种疱疹病毒以激活T细胞进行免疫治疗

一个团队确认了感染松鼠猴T细胞的单纯疱疹病毒saimiri,作为激活T细胞内维持生存所需通路的蛋白质来源。 最近的研究指出,一个听上去熟悉的敌人——单纯疱疹病毒——在抗癌斗争中的潜在用途。 这个想法是:该病毒已经进化为指挥细胞机械以激活细胞内的信号通路,这些策略可以被重新利用,以增强对癌症等疾病的免疫疗法。 T细胞是对抗病原体(如病毒)和癌症的前线防御者,因为它们可以杀死被感染或恶性的细胞。 科学家们多年来一直尝试不同的技术,以引导这些免疫细胞抵抗疾病。…

新的人工智能工具揭示了染色体的单细胞结构——立体三维显示

在遗传和生物医学研究方面的重大突破,密苏里大学的两位科学家开发了一种强大的新型人工智能工具,能够预测单个细胞内染色体的三维形状——帮助研究人员获得对我们基因如何运作的新视角。 染色体是储存我们DNA的微小盒子。由于每个细胞内部大约有六英尺长的DNA,因此必须紧密折叠以适应。这种折叠不仅节省空间——它还控制着哪些基因是活跃的或非活跃的。但是,当DNA的折叠方式不正确时,会干扰正常的细胞功能,导致严重疾病,包括癌症。 历史上,科学家们依赖于平均数百万个细胞结果的数据。这使得几乎不可能看到单个细胞之间的独特差异。但密苏里大学工程学院的Yanli Wang和Jianlin“Jack”Cheng开发的新AI模型改变了这一点。 “这很重要,因为即使是来自身体同一部分的细胞,其染色体的折叠方式也可能非常不同,”研究的首席作者、研究生Wang说。“这种折叠控制着哪些基因被开启或关闭。”…

研究人员发现电动巴士在寒冷天气中表现不佳

研究人员发布了关于美国纽约州伊萨卡市全电动巴士试点项目的新见解,这对考虑电动化车队的城市、学校和其他团体,以及运营商、政策制定者和制造商具有重要意义。 康奈尔大学的研究人员发布了关于伊萨卡市全电动巴士试点项目的新见解,这对考虑电动化车队的城市、学校和其他团体,以及运营商、政策制定者和制造商具有重要意义。 这项研究是第一次评估和分析美国东北部电动巴士性能的研究,拥有前所未有的数据集,涵盖了近50,000英里在寒冷温度下的表现。 伊萨卡的汤普金斯合并区域交通公司(TCAT)面临与巴士制造商的问题,此外,巴士在伊萨卡的丘陵地形中表现不佳,并且在寒冷天气中不可靠,续航里程减少。 在研究中,研究人员分析了两年的数据,量化了试点车队能耗的增加,发现电动巴士在寒冷天气(华氏25到32度)下的能耗增加了48%,在更广泛的温度范围(华氏10到50度)下几乎增加了27%。…

冷冻电镜冻结了异味:科学家如何可视化一种刺鼻蛋白质

大多数人都见证过——或更确切地说,是闻到过——一种叫做亚硫酸盐还原酶的蛋白酶施展其魔力。这种酶催化了亚硫酸盐转化为硫化氢的化学还原反应。硫化氢就是当有机物分解时可能产生的臭鸡蛋气味,通常与污水处理设施和填埋场有关。然而,科学家们直到现在才成功捕捉到这种酶的结构的视觉图像,从而限制了他们对其工作原理的全面理解。 人们常说,一幅图胜过千言万语。 但要理解一种帮助分解硫的酶的复杂化学反应,常见于水果、蔬菜、酒精和汽油中,需要数百万张图片,才能将这种臭气显著的无色气体展现出来。 大多数人都见证过——或更确切地说,是闻到过——一种叫做亚硫酸盐还原酶的蛋白酶施展其魔力。这种酶催化了亚硫酸盐转化为硫化氢的化学还原反应。硫化氢就是当有机物分解时可能产生的臭鸡蛋气味,通常与污水处理设施和填埋场有关。 贝丝·斯特罗普是一名生物科学教授。…

下一代飞机的低温氢存储与输送系统

研究人员设计了一种液态氢存储和输送系统,可以帮助实现零排放航空。它们的工作概述了一种可扩展的、集成的系统,能够同时解决多个工程挑战,通过使氢气作为清洁燃料以及在电动飞行器上充当关键电力系统的内置冷却介质。 这项研究发表在《应用能源》杂志上,介绍了一种为100名乘客的混合电力飞行器量身定制的设计,该飞行器从氢燃料电池和氢涡轮驱动超导发电机中获取动力。研究展示了如何高效地存储液态氢、安全地转移氢气,并用于冷却机上关键系统,同时支持起飞、巡航和着陆等不同飞行阶段的电力需求。 “我们的目标是创建一个处理多个关键任务的单一系统:燃料存储、冷却和输送控制,”机械工程系教授及该研究的通讯作者魏果表示。“这个设计为现实世界的氢航空系统奠定了基础。” 氢被视为航空领域一种有前景的清洁燃料,因为它每公斤携带的能量比航空燃料多且不排放二氧化碳。然而,它的密度也低得多,意味着如果不以-253°C的超冷液态形式存储,就会占用更多空间。 为了解决这个挑战,团队进行了全面的系统级优化,设计低温储罐及其相关子系统。他们没有仅仅关注储罐,而是定义了一种新的重力指数,即燃料质量与整个燃料系统的比率。他们的指标包括氢燃料、储罐结构、绝缘材料、换热器、循环设备和工作流体的质量。…

只需添加铁:研究人员开发出一种巧妙的方法来去除水中的永久化学物质

研究人员发现,铁粉这种廉价替代活性炭的材料在过滤水中的PFOS方面效果更好——它的效果是活性炭的26倍。 PFOS,也被称为“永久化学物质”,是一种合成化合物,因多种商业应用而受到欢迎,比如制造防污、耐火、耐油、耐土和防水的产品。它们曾被用于不粘炊具、地毯、地垫、软体家具、食品包装以及在机场和军事机场部署的灭火泡沫中。PFOS(全氟辛烷磺酸盐或全氟辛烷磺酸)是称为PFAS(全氟和多氟烷基物质)这类永久化学物质的一部分。这两种类型都与多种健康问题有关,包括肝病、免疫系统功能障碍、发育问题和癌症。 由于它们的广泛使用,PFOS在土壤、农业产品和饮用水源中都可以找到,构成健康风险。斯蒂文斯理工学院土木、环境和海洋工程系的教授Xiaoguang Meng和Christos Christodoulatos,以及在他们实验室工作的博士生Meng…