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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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AI戒指跟踪美式手语中的拼写单词

一个研究团队开发了一种人工智能驱动的环,配备了微声纳技术,可以实时持续跟踪美国手语(ASL)中的手指拼写。 由康奈尔大学领导的研究团队开发了一种人工智能驱动的环,配备了微声纳技术,可以实时持续跟踪美国手语(ASL)中的手指拼写。 在目前的形式下,SpellRing可以通过手指拼写输入文本到计算机或智能手机中,手指拼写在美国手语中用于拼写无对应手势的单词,如专有名词、名字和术语。经过进一步开发,该设备——被认为是同类产品中的首个——有望通过持续追踪整个手势的单词和句子来彻底改变美国手语翻译。 信息科学博士生林炫哲(Hyunchul Lim)表示:“许多其他识别美国手语手指拼写的技术没有被聋人和听力损失者社区采用,因为硬件笨重且不实用。我们希望开发一个单一的环来捕捉美国手语中所有微妙而复杂的手指动作。”…

网络搜索公式为保护关键基础设施提供了第一步

科学家们正在探索网络搜索引擎技术如何可以帮助保持灯光亮起、供水持续和火车正常运转。 网络搜索引擎背后的技术不仅用于寻找你久违的朋友或发现美味的新食谱。在紧急情况下,基于搜索引擎算法的技术也可能有助于保持灯光亮起、供水持续和火车正常运转。 能源部的太平洋西北国家实验室的科学家们已经证明,支撑网络搜索的算法可以帮助保护电网、水处理厂、食品加工设施和医院等设施。 数学家比尔·凯(Bill Kay)表示:“这是一个资源,供那些试图保护重要网络免受威胁(如网络攻击)的人使用,他们需要优先考虑哪些结构最重要。”…

分子环的领主:一种高性能有机材料的创新快捷路径

科学家们揭示了一种创新的方法来合成氮杂平面环(APCs),这是一类具有巨大潜力的高度先进的环状分子结构,广泛应用于材料科学。他们创新性的催化剂转移巨环化(CTM)方法简化了这些复杂巨环的生产,为有机电子学、光电学和超分子化学等领域的更高效、可扩展的应用铺平了道路,例如显示器、柔性太阳能电池和晶体管。 维也纳大学有机化学研究所的科学家们揭示了一种创新的方法来合成氮杂平面环(APCs),这是一类具有巨大潜力的高度先进的环状分子结构,广泛应用于材料科学。他们创新性的催化剂转移巨环化(CTM)方法目前已在《JACS Au》上发布,简化了这些复杂巨环的生产,为有机电子学、光电学和超分子化学等领域的更高效、可扩展的应用铺平了道路,例如显示器、柔性太阳能电池和晶体管。 APCs是由重复单元相互连接形成的完美形状的小分子环。这些巨环有机化合物具有独特的结构,使它们成为创新技术如光电应用(例如显示器)的宝贵基础构建块。多年来,APCs的合成一直是一个繁琐的过程,需要在困难条件下经过多个步骤。维也纳大学有机化学研究所的研究团队承担了简化这一过程的挑战,并取得了显著成功。 复杂分子环的快捷方式…

受松鼠启发的跳跃机器人能够在树枝上完成着陆

一款跳跃机器人可能在搜索和救援、建筑,甚至森林监测中发挥作用。但是,如何设计一个能够在树枝或管道上成功着陆的机器人呢?生物学家与机器人设计师合作,发现了松鼠是如何做到的,并利用所学知识设计了一款具有平衡能力和腿部生物力学的一腿机器人,以便在过度或不足着陆时自行调整并成功降落在狭窄的栖息地上。 工程师们设计了能够爬行、游泳、飞行甚至像蛇那样蠕动的机器人,但没有哪款机器人可以与松鼠相提并论,松鼠能在一片树枝丛中进行跑酷,跨越危险的空隙,并在极为脆弱的树枝上实现精准着陆。 加利福尼亚大学伯克利分校的生物学家和工程师们正在努力改善这一现状。基于对松鼠跳跃和着陆生物力学的研究,他们设计了一款可以在狭窄栖息地上成功着陆的跳跃机器人。 这一壮举将在《科学机器人》杂志3月19日的期刊中报告,是设计更灵活机器人的一个重要步骤,这些机器人可以在建筑工地的桁架和支撑梁间跳跃,或者可以监测纠结的森林或树冠中的环境。 论文的高级作者之一、加利福尼亚大学伯克利分校综合生物学教授罗伯特·富尔说:“我们现在的机器人大致上还行,但如何提升到一个新的水平?如何让机器人在灾难中…

量子光源用于环保生物气体生产

生物质可以转化为有价值的气体。但为了控制这个过程,必须测量水蒸气的量。这是 notoriously difficult,因为其他气体成分会影响测量。通过使用量子级联激光器,这个问题现在已经解决。 我们的许多废物太有价值,不应该简单地焚烧。如果以严格控制的方式回收利用,不仅可以产生热能,还可以用所产生的气体生产有价值的化学物质 --…

精准核时计所需温度的调节

数十年来,原子钟一直是精密计时的巅峰,支持GPS导航、尖端物理研究和基本理论的测试。但研究人员现在正在超越原子跃迁,朝着一种潜在的更稳定的设备迈进:核钟。JILA的研究小组,由JILA和NIST研究员、科罗拉多大学博尔德分校物理学教授叶骏领导,与维也纳科技大学合作,正在推进这项研究。这种钟可以通过使用一种独特的低能量跃迁来颠覆计时方式,该跃迁发生在镤-229原子的原子核内。这一跃迁对环境干扰的敏感性低于现代原子钟,并已被提出用于测试超出标准模型的基本物理学。 这个想法在叶教授的实验室并不新鲜。实际上,实验室对核钟的研究始于一项具有里程碑意义的实验,其结果去年作为《自然》杂志的封面文章发表,团队首次对镤-229核跃迁进行了基于频率的量子态分辨测量,该跃迁发生在掺镤的宿主晶体中。这一成就证实,镤的核跃迁可以以足够的精度进行测量,作为计时参考。 然而,要构建精确的时钟,研究人员必须全面表征跃迁如何对外部条件(包括温度)做出响应。这就是这项新的研究的意义所在——一篇发表在《物理评论快报》中的“编辑选择”论文,团队研究了随着包含原子的晶体加热到不同温度,镤核内的能量变化。 “这是描述核钟系统系统性行为的第一步,”JILA的博士后研究员雅各布·希金斯博士,研究的第一作者说。“我们发现了一个对温度相对不敏感的跃迁,这正是我们所需要的精密计时设备。” “固态核钟有潜力成为强大且便携的计时设备,具有高精度,”叶骏指出。“我们正在寻找紧凑核钟的参数空间,以保持10^-18的分数量频率稳定性,进行持续操作。”…

科学家关注菱方石墨烯的潜力

科学家们正在研究由多层石墨烯构成的结构在基本物理特性及其作为可重构半导体用于先进电子设备方面的潜力。 德克萨斯大学达拉斯分校的科学家们正在研究由多层石墨烯构成的结构在基本物理特性及其作为可重构半导体用于先进电子设备方面的潜力。 石墨烯是一层单独的碳原子,排列成平坦的蜂窝状图案,每个六边形的顶点由六个碳原子形成。自2004年首次分离石墨烯以来——这使得获得诺贝尔物理学奖——科学家和工程师们对其独特的物理性质及潜在应用进行了深入研究。 德克萨斯大学达拉斯分校自然科学与数学学院的物理学教授张凡博士是一位理论学家,十多年来一直研究当石墨烯层以手性方式堆叠形成菱方结构时所产生的电子特性。 徐天怡是一名物理学博士生,曾与张教授合作研究该材料。“石墨中存在两种堆叠顺序,石墨是铅笔芯中的一种晶体。”徐说。“一根典型的铅笔芯大约由1000万层石墨烯组成。”…

直接证据揭示钆核中罕见的脉动梨形

科学家们通过新的研究获得了在稀土元素钆(Gadolinium)原子核内出现稀有脉动梨形结构的直接证据。 首次,科学家们通过由萨里大学(University of Surrey)、国家物理实验室(National Physical…

韦伯望远镜捕捉到其首张太阳系外二氧化碳的直接图像

詹姆斯·韦伯太空望远镜捕捉到了位于距离地球130光年的HR 8799系外行星中的二氧化碳的首批直接图像,这是一个多行星系统,长期以来一直是行星形成研究的关键目标。 这些观察提供了有力的证据,表明该系统的四颗巨行星与木星和土星的形成方式类似,都是通过缓慢构建固体核心形成的。它们还证实了韦伯不仅仅可以通过星光测量推测大气成分 -- 它还可以直接分析系外行星大气的化学成分。…

超临界水的结构解码

当水暴露于高温和高压时,它进入一种液体和气体无法区分的状态。长期以来,关于这种状态在分子层面上的表现存在争议。 德国鲁尔大学波鸿的研究人员揭示了超临界水的结构。在这种在极端温度和压力下存在的状态下,水同时具备液体和气体的特性。根据一种理论,水分子形成聚集体,在聚集体内通过氢键相连。波鸿团队现在通过结合太赫兹光谱和分子动力学模拟来推翻这一假设。研究结果已于2025年3月14日在《科学进展》杂志上在线发布。 实验团队的成员包括物理化学II讲座的卡贾·毛尔沙根博士,格哈德·施瓦布博士和马蒂娜·哈维尼思教授,以及理论化学讲座的菲利普·希恩贝因博士和多米尼克·马尔克斯教授。该项目得到了鲁尔探索溶剂(RESOLV)卓越集群的支持。 超临界水作为溶剂的兴趣 超临界水自然出现在地球上,例如在深海中,黑烟囱——一种热液喷口——在海床上创造恶劣的环境。超临界状态的临界点在374摄氏度和221巴的压力下达到。"理解超临界水的结构可以帮助我们揭示黑烟囱附近的化学过程,"多米尼克·马尔克斯说,提到他的研究小组最近发表的相关论文。"由于其独特的性质,超临界水作为一种“绿色”溶剂也引起了兴趣;这是因为它环保,同时高度反应。"…

人工肌肉向多个方向弯曲,为柔性、扭动的机器人提供了可能的路径

工程师们开发了一种方法,可以生长出在多个协调方向上抽动和弯曲的人造肌肉组织。这些组织可能对构建由柔软、人工生长的肌肉纤维驱动的“生物混合”机器人非常有用。 我们之所以能够移动,得益于许多骨骼肌纤维之间的协调,所有肌肉同步抽动和拉动。一些肌肉沿一个方向排列,另一些肌肉则形成复杂的图案,帮助身体的各个部分以多种方式移动。 近年来,科学家和工程师将目光投向肌肉,作为“生物混合”机器人(由柔软的人工生长肌肉纤维驱动的机器)的潜在驱动器。这类生物机器人可以在传统机器无法到达的空间中蠕动和扭动。然而,迄今为止,研究人员仅能制造出在一个方向上拉动的人造肌肉,这限制了任何机器人的运动范围。 现在,麻省理工学院的工程师已开发出一种方法,可以生长出在多个协调方向上抽动和弯曲的人造肌肉组织。作为演示,他们培养了一种由肌肉驱动的人工结构,该结构在同心和径向上都能拉动,类似于人眼虹膜在瞳孔扩张和收缩时的活动。 研究人员使用一种新开发的“印刷”方法制造了这种人造虹膜。首先,他们3D打印了一个小型手持印章,上面带有微观的凹槽,每个凹槽小到仅一个细胞。然后,他们将印章压入软质水凝胶中,并在随后的凹槽中播种真实的肌肉细胞。这些细胞在水凝胶中的这些凹槽内生长,形成纤维。当研究人员刺激这些纤维时,肌肉在多个方向上收缩,遵循纤维的方向。…

扭曲原子级薄材料可能推动量子计算机的发展

研究人员表明,精确分层纳米薄材料可以产生激子——本质上是人工原子——这些激子能够作为量子信息位,或称为量子比特。 通过取两片仅一原子厚的特殊材料并以大角度扭转,罗切斯特大学的研究人员解锁了独特的光学特性,这些特性可用于量子计算机和其他量子技术。在《纳米快报》发布的一项新研究中,研究人员显示,精确分层纳米薄材料创造了激子——本质上是人工原子——这些激子能够作为量子信息位,或量子比特。 “如果我们只有一层这种材料,这些黑暗激子将不会与光相互作用,”光学物理学的玛丽·C·威尔逊和约瑟夫·C·威尔逊教授尼古拉斯·瓦米瓦卡斯说。“通过进行大角度扭转,它激活了材料中的人工原子,我们可以光学控制,但它们仍然受到环境的保护。” 摩尔效应较少 这项工作建立在2010年诺贝尔奖获奖发现的基础上,剥离碳元素直至达到单原子层,创造出一种名为石墨烯的新二维(2D)材料,具有特殊的量子特性。…