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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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过时手机如何为智能城市提供动力并拯救海洋

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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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这款电池自毁：受《碟中谍》启发的生物可降解电源

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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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我们太阳系的银河旅程

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天文学家发现，太阳系大约在1400万年前穿越了猎户星座星云，这是拉德克利夫波银河结构的一个组成部分。这次穿越密集空间区域的旅程可能压缩了太阳圈，即包围我们太阳系的保护泡沫，并增加了星际尘埃的涌入，可能影响了地球的气候，并在地质记录中留下痕迹。 由维也纳大学领导的国际研究团队发现，太阳系大约在1400万年前穿越了猎户星座星云，这是拉德克利夫波银河结构的一个组成部分。这次穿越密集空间区域的旅程可能压缩了太阳圈，即包围我们太阳系的保护泡沫，并增加了星际尘埃的涌入，可能影响了地球的气候，并在地质记录中留下痕迹。这项研究的发现发表在《天文学与天体物理学》上，提供了天体物理学、古气候学和地质学之间的迷人跨学科联系。 太阳系在银河系中心的旅程使其经过不同的银河环境。“想象一下就像一艘船在海上航行，通过不同的条件，”首席作者、维也纳大学博士生埃夫雷姆·马科尼（Efrem Maconi）解释道。“我们的太阳在穿过猎户座的拉德克利夫波时遇到了一个气体密度更高的区域。” 团队利用来自欧洲空间局（ESA）盖亚任务的数据和光谱观测，确定太阳系大约在1400万年前穿越了猎户座的拉德克利夫波。“这一发现建立在我们之前识别拉德克利夫波的基础上，”维也纳大学的天体物理学教授、研究共同作者若昂·阿尔维斯（João…

前所未有详细分析的最长海底沉积物流动

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一支国际研究团队成功捕捉到地球上记录的最长沉积物流动的内部结构。研究人员首次利用地震测量详细分析了这些长度从几十到几百公里的浑浊流的内部结构——这一海洋学现象研究了近一个世纪，但从未被直接观察。对这些强力洋流动力学的新见解将有助于改善对水下基础设施（如海底电缆）的风险评估，并完善海洋中的沉积物和碳运输模型。 浑浊流是一种重要的自然过程，往往被忽视：这些强力洋流在海洋表面下雕刻深海峡谷，形成巨大的沉积物堆积，可能损坏海底电缆和管道。尽管这一现象已知近100年，但其高能量特性使得直接测量几乎不可能——任何放置在其路径中的仪器都会被其巨大的力量摧毁，类似于陆地上的雪崩。 现在，由基尔海洋研究中心 GEOMAR Helmholtz…

模仿鲨鱼皮肤制作清洁切菜板

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在肉类加工过程中保持工作表面的清洁是一项挑战，而现在研究人员提供了关键见解，可能会彻底改变目前的做法：他们创造了能够防止细菌附着的表面，而不是努力防止细菌的积聚。通过激光雕刻和改变金属表面，团队能够创建微米或纳米级的纹理，使微生物细胞难以附着于表面。这种被称为激光诱导表面纹理化的技术还改变了金属的抗水性能。 在肉类加工过程中保持工作表面的清洁是一项挑战。肉类中的细菌可以附着、生长并积聚形成难以去除的生物膜，即使是在工业设施中使用的不锈钢表面上也如此。细菌还可以聚集，聚成一个比单个细胞更强大的不可见质块，使利用食品级抗菌表面清洁剂清除它们更加困难。 在本周发表在《激光应用期刊》上的一篇论文中，来自新西兰霍普基研究所、新西兰食品安全科学与研究中心以及新西兰应用技术集团的研究人员提供了关键见解，可能会完全取代当前的做法：他们创造了能够在一开始就防止细菌附着的表面，而不是不断努力防止细菌的积聚。 作者塞巴斯蒂安皮雷·雷蒙德表示：“目前批准并商用的抗菌干预措施在减少已经建立的细菌生物膜和孢子方面有限，完全去污是很少能实现的。” 使用激光雕刻和改变金属表面，雷蒙德和他的同事们能够创建微米或纳米级的纹理，使微生物细胞难以附着于表面。这种被称为激光诱导表面纹理化的技术还改变了金属的抗水性能，这是影响细菌生长的一个关键因素。…

蜂巢传感器为拯救蜜蜂群体提供了希望

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一支计算机科学团队开发了一种基于传感器的技术，这种技术可以通过减少蜂群损失和降低劳动力成本来彻底改变商业养蜂。这项技术使用低成本的热传感器和预测模型来预测蜂箱温度何时可能达到危险水平。该系统为远程养蜂人提供早期警报，使他们能够在蜂群在极端炎热或寒冷天气下崩溃之前采取预防措施，或者当蜜蜂因疾病、农药暴露、食物短缺或其他压力源而无法调节蜂箱温度时。 加州大学河滨分校的计算机科学团队开发了一种基于传感器的技术，这种技术可以通过减少蜂群损失和降低劳动力成本来彻底改变商业养蜂。 这项被称为电子蜜蜂兽医（Electronic Bee-Veterinarian，缩写为EBV）的技术使用低成本热传感器和预测模型来预测蜂箱温度何时可能达到危险水平。该系统为远程养蜂人提供早期警报，使他们能够在蜂群在极端炎热或寒冷天气下崩溃之前采取预防措施，或者当蜜蜂因疾病、农药暴露、食物短缺或其他压力源而无法调节蜂箱温度时。 UCR计算机科学博士生兼技术相关论文的主要作者Shamima…

火星海湾：探测器发现火星上“度假风格”的海滩证据

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根据今天（2月24日）在《国家科学院院刊》（PNAS）上发表的一项新研究，火星曾可能是沐浴在阳光下、拥有温和波浪的沙滩的家园。 一组国际科学家，包括宾州州立大学的研究人员，使用了来自祝融号火星探测器的数据，识别出隐藏在行星表面下的岩层，这强烈暗示了古老北方海洋的存在。根据宾州州立大学地质学助理教授、本研究的共同作者本杰明·卡德纳斯的说法，这项新研究提供了迄今为止最清晰的证据，表明该行星曾经拥有显著的水体和更适宜生命的环境。 “我们在火星上发现了曾经像古老沙滩和古老河口三角洲的地方，”卡德纳斯说。“我们发现了风、波浪和沙子充足的证据——一个正规的度假风格沙滩。” 祝融号探测器于2021年在一个名为乌托邦平原的区域着陆，并发送有关周围地质的数据显示，以寻找古老水或冰的迹象。与其他探测器不同的是，它配备了能够穿透地面的雷达，使其能够利用低频和高频雷达探测火星的土壤并识别埋藏的岩层。 通过研究地下沉积物，科学家能够拼凑出火星历史的更完整图景，卡德纳斯解释道。当团队审查雷达数据时，发现其显现出与地球沙滩相似的层状结构：形成被称为“前沿沉积物”，它们呈向下倾斜的形态，朝向海洋，形成时沉积物由潮汐和波浪带入大型水体。…

开创性研究揭示了拓扑如何推动大脑、气候和人工智能中的复杂性

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研究人员揭示了一种变革性的框架，用于理解复杂系统。这项开创性的研究建立了一个新的高阶拓扑动力学领域，揭示了网络的隐含几何如何塑造从大脑活动到气候和人工智能（AI）的一切。 由伦敦女王玛丽大学的吉内斯特拉·比安科尼教授主导，并与国际研究人员合作，这项开创性的研究揭示了一种变革性的框架，用于理解复杂系统。研究发表在《自然物理学》上，这项开创性研究建立了新的高阶拓扑动力学领域，揭示了网络的隐含几何如何塑造从大脑活动到人工智能的一切。 比安科尼教授说：“像大脑、气候和下一代人工智能这样的复杂系统依赖于超越简单成对关系的相互作用。我们的研究揭示了高阶网络的关键作用，这些结构捕捉多体相互作用，以塑造这些系统的动态。” 通过将离散拓扑与非线性动力学相结合，研究强调了拓扑信号、在节点、边缘、三角形和其他高阶结构上定义的动态变量如何驱动拓扑同步、模式形成和三元渗流等现象。这些发现不仅推进了对神经科学和气候科学中潜在机制的理解，还为受理论物理启发的革命性机器学习算法铺平了道路。 比安科尼教授补充道：“这项研究中出现的惊人结果是，包括拓扑狄拉克算子在内的拓扑算子，提供了一种共同语言来处理复杂性、人工智能算法和量子物理。”…

非洲城市系统的演化基本规则

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从复杂系统的角度来看，这项研究揭示了支配城市系统演变的基本规则的普遍性、特异性和解释力。 来自香港大学（HKU）、武汉大学及其他机构的国际团队在国际领先的研究期刊《自然城市》上发表了一篇题为《非洲城市系统演变的基本规则》的研究论文。从复杂系统的角度来看，这项研究揭示了支配城市系统演变的基本规则的普遍性、特异性和解释力。 香港大学学术发展副校长龚鹏教授和武汉大学焦黎敏教授是该论文的通讯作者。武汉大学的徐刚和朱梦妍是共同第一作者。其他贡献者包括香港大学建筑学院的陈彬助理教授和张小岭教授，中国科学院城市环境研究所的徐志邦助理研究员，中国农业大学的李雪超教授，开罗大学的穆罕默德·萨利姆博士，墨尔本大学的帕特里克·布兰德福尔·科比纳副教授，以及坦桑尼亚索科因农业大学的尼马·西蒙·苏玛里博士。 城市系统通常是复杂系统，其演变遵循一系列可通过简洁数学模型表达的普遍规律，如等级-规模法则（齐夫定律）、成比例增长法则（吉布拉特定律）和标度法则。然而，之前的研究主要集中在这些规律的普遍性上，对这些规则在城市化不同阶段可能如何变化，以及这些模型如何传达城市系统随时间变化的方式关注不够。 非洲被公认为全球城市化速度最快的地区之一，拥有丰富的自然地理特征。殖民历史、社会经济结构和多元文化的影响塑造了非洲国家独特的城市化进程。这种多样性导致了大陆各地城市演变的显著差异，为城市系统发展的研究提供了多层面的样本。…

巨型 X 射线设施显示磁铁可以减少 3D 打印组件中的缺陷

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安全关键组件用于飞机和F1赛车，未来可能通过一种新技术进行3D打印，该技术由UCL和格林威治大学的研究人员开发，显著减少制造过程中出现的缺陷。 安全关键组件用于飞机和F1赛车，未来可能通过一种新技术进行3D打印，该技术由UCL和格林威治大学的研究人员开发，显著减少制造过程中出现的缺陷。 该技术是在团队使用先进的X射线成像观察复杂3D打印金属合金组件中缺陷形成原因后开发出来的。如果该技术广泛应用，则可以使这些组件，从人工髋关节到飞机部件，变得更强大和更耐用。 发表在Science上的研究，以前所未有的细节和实时观察金属合金的激光3D打印过程中的作用力。 为此，团队在位于芝加哥的先进光子源（APS）同步辐射装置上进行了高速同步辐射X射线成像，以记录激光光束与金属原材料之间复杂的相互作用，时间尺度远低于千分之一秒。…

冷却材料 — 从3D打印机中出来

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快速、局部的热管理对于电子设备至关重要，并可能应用于从可穿戴材料到烧伤治疗等多个领域。所谓的热电材料能够将温差转化为电压，反之亦然，但它们的效率通常受到限制，且生产成本高且浪费。研究人员现在利用3D打印技术制造高性能热电材料，显著降低了生产成本。 热电冷却器，也称为固态冰箱，能够通过使用电流将热量从设备的一侧转移到另一侧来引发局部冷却。它们的长寿命、抗泄漏能力、大小和形状可调性，以及没有活动部件（如循环液体）使这些设备成为各种冷却应用的理想选择，例如电子设备。然而，利用铸锭制造它们会导致高成本并产生大量材料浪费。此外，设备的性能仍然受到限制。 现在，奥地利科学与技术研究所（ISTA）的一组团队，在能源科学的“Verbund教授”和维尔纳·西门子热电实验室的负责人Maria Ibáñez的带领下，和第一作者、ISTA博士后Xu Shengduo一起，开发了高性能热电材料并利用3D打印机制造热电冷却器。“我们将3D打印技术创新性地整合到热电冷却器的制造中，大大提高了生产效率，并降低了成本，”Xu说。此外，与之前3D打印热电材料的尝试相比，目前的方法可以获得性能显著更高的材料。ISTA的教授Ibáñez指出：“我们的工作具有商业级性能，可能超越学术界，具有实际相关性，并吸引寻求实际应用的行业的兴趣。”…

突破性研究挑战了关于原子核形状的长期信念

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一项国际研究合作推翻了长期以来认为铅-208的原子核是完全球形的信念。这一发现挑战了对核结构的基本假设，并对我们理解宇宙中重元素是如何形成的具有深远的影响。 由萨里大学核物理组领导的一项国际研究合作推翻了长期以来认为铅-208（²⁰⁸Pb）原子核是完全球形的信念。这一发现挑战了对核结构的基本假设，并对我们理解宇宙中重元素是如何形成的具有深远的影响。 铅-208因其是“双魔”核而异常稳定——且是我们所知道的最重的核。然而，最新发表在《物理评论快报》上的研究使用高精度实验探测器检查其形状，发现铅-208的核并非完全球形，而是稍微延长，类似于橄榄球（椭球体）。 来自萨里大学数学与物理学院的主要研究员杰克·亨德森博士表示：“我们能够结合四个独立的测量，使用世界上最敏感的实验设备进行这类研究，这使我们能够进行这一具有挑战性的观察。我们看到的结果让我们感到惊讶，明确表明铅-208并非是球形的，这一点是人们可能天真假设的。发现直接挑战了我们核理论同事的结果，为未来的研究提供了激动人心的方向。” 研究小组利用位于美国伊利诺伊州阿贡国家实验室的最先进的GRETINA伽马射线光谱仪，科学家们用加速到光速10%的高速粒子束轰击铅原子——相当于每秒绕地球一圈。互动创造了铅-208核中激发量子态特性的独特伽马射线指纹——换句话说，核被激发了——进而用于确定其形状。…

在古代恒星成 nursery 中，一些星星是由蓬松云朵诞生的

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研究人员发现，早期宇宙中的恒星可能形成于“松散”的分子云中。使用阿尔玛望远镜观察小麦哲伦云——其环境与早期宇宙相似——他们观察到大约60%的观察到的云具有常见的细长结构，而其余40%的云则呈现“松散”形状。这些结果可能为我们提供关于宇宙中恒星形成的新见解。 恒星是如何诞生的，这种过程一直都是这样吗？ 恒星在被称为恒星孕育区的空间区域形成，在这些地方，高浓度的气体和尘埃聚合形成婴儿恒星。这些区域的空间也被称为分子云，可以非常巨大，跨越数百光年并形成数千颗恒星。尽管由于技术和观测工具的进步，我们对恒星生命周期了解颇多，但详细情况仍然不明。例如，恒星在早期宇宙是以这种方式形成的吗？ 由九州大学的研究人员与大阪市立大学合作，在《天体物理学杂志》上发表的研究发现，在早期宇宙中，一些恒星可能是在“松散”的分子云中形成的。这些结果是通过对小麦哲伦云的观察获得的，可能为整个宇宙的恒星形成提供新的视角。 在我们的银河系中，促进恒星形成的分子云具有大约0.3光年宽的细长“丝状”结构。天文学家认为，我们的太阳系就是以同样的方式形成的，其中一个大型的丝状分子云破裂形成了一颗恒星卵，也称为分子云核心。经过数十万年，重力会将气体和物质吸引到这些核心中，形成恒星。…

研究人员开发出新颖的计算方法来识别协同药物组合

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研究人员开发了一种强大的计算工具，名为 iDOMO，以提高药物协同作用的预测，并加速复杂疾病组合疗法的开发。研究强调了 iDOMO 利用基因表达数据识别协同药物组合的能力，超越了现有的方法。  来自西奈山伊坎医学院的研究人员开发了一种强大的计算工具，名为…
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