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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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释放多铁氧体:在160°C下茁壮成长的耐热奇迹

研究人员通过让多铁电材料在高温下工作,推动了科学的边界,这个温度范围从室温延伸到令人印象深刻的160摄氏度。 通常,多铁电材料仅限于在室温下运行,但来自东北大学的一组科学家证明了铽氧化物Tb2(MoO4)3确实可以在160 ℃的温度下作为多铁电材料使用。 在炎热的夏天或由于设备自身发出的热量而停止工作的材料在实际使用中面临重大限制。这代表了多铁电材料的一个关键缺陷——磁性与铁电性之间的密切关系的物质。尽管存在这一缺点,多铁电材料的独特特性仍然引起了探索的兴趣。 为了克服这一限制,充分发挥多铁电材料的潜力,研究团队考察了材料Tb2(MoO4)3。他们揭示了其作为多铁电材料的基本性质,并成功地在160…

引人入胜的磁漩涡实时模拟

  斯凯尔米翁是小型磁旋涡,大小从纳米到微米不等,表现得像粒子,并且可以通过电流轻松操控。这些独特的特性使得斯凯尔米翁成为创新数据存储解决方案和计算技术的有前途的候选者。然而,优化此类设备通常需要对斯凯尔米翁复杂的内部结构进行模拟,这可能需要大量的计算资源。 解决该问题的一个潜在方案是将这些磁自旋结构模拟成粒子的形式,类似于在生物物理学中对分子的建模。然而,迄今为止,模拟所需的时间与实际实验时间之间缺乏相关性。 理论与实验的合作 为了解决这一挑战,约翰内斯·古腾堡大学美因茨(JGU)的彼得·维尔瑙教授领导的理论物理小组和马提亚斯·克劳伊教授领导的实验物理小组共同合作。他们的时间转换建立方法将实验测量与统计物理的分析技术结合起来。“我们现在达到了一个可以不仅准确预测斯凯尔米翁动力学,而且这些模拟的速度也与实验速度非常匹配的水平,”参与开发此方法的理论物理学家马滕·A·布雷姆斯解释道。…

提升数字记忆:稀有气体的作用

电子产品的未来有潜力通过在紧凑的空间中压缩更多的存储单元,实现更小、更高效的设备。实现这一目标的一个有前景的方法是在数字存储器的生产过程中加入惰性气体氙。来自林雪平大学的研究人员在发表于《自然通讯》中的研究中揭示了这种方法,有助于确保即使在微小缝隙中的材料涂层均匀。 电子产品的未来有潜力通过在紧凑的空间中压缩更多的存储单元,实现更小、更高效的设备。实现这一目标的一个有前景的方法是在数字存储器的生产过程中加入惰性气体氙。来自林雪平大学的研究人员在发表于《自然通讯》中的研究中揭示了这种方法,有助于确保即使在微小缝隙中的材料涂层均匀。 二十五年前,照相机的内存卡可以存储64兆字节的数据。现在,同样大小的内存卡可以容纳4太字节,这超过了60000倍的容量。 要创建电子存储,如内存卡,电导体和绝缘材料的层以非常薄的片状交替叠加。在这些层中刻蚀出微小的孔,然后使用不同材料的蒸气填充这些孔,以形成这些薄层。 当三种不同的材料在孔中交叉时,就形成了存储单元,集体创建了数字存储。交点越多,数据存储能力就越大。因此,增加层数和孔的精细程度会导致更多的存储单元。然而,这也增加了填充孔的挑战。…

提高效率:锡基钙钛矿太阳能电池技术的创新

研究人员利用电子自旋共振技术研究了鲁德尔登-波普钛基钙钛矿太阳能电池中电荷的状态和运动。这项创新技术为下一代太阳能电池开辟了新路径。团队已识别出一种机制,使这些电池的性能超越传统的三维钛基钙钛矿太阳能电池。这一突破表明在创建高效且耐用的太阳能电池方面取得了显著进展。 来自筑波大学的专家们采用电子自旋共振技术研究鲁德尔登-波普钛基钙钛矿太阳能电池中电荷的状态和动态,这是一项未来太阳能解决方案的有前景技术。他们发现了一种机制,可以提升这些电池的性能,超越标准的三维钛基钙钛矿太阳能电池。这一发现标志着在寻求高效率、持久的太阳能解决方案方面的重大进展。 钙钛矿太阳能电池因其高效率、灵活性和可印刷性等优势而受到关注,成为下一波太阳能技术。然而,早期版本使用铅,引发了关于毒性和环境影响的担忧。因此,研究人员提出用锡替代铅,因为锡的环境足迹较低。然而,锡容易氧化,导致效率和耐用性不如铅基钙钛矿替代品。 为增强锡钙钛矿的耐久性并减轻氧化,新的方法是在锡钙钛矿晶体中引入大有机阳离子,以创建一种称为鲁德尔登-波普(RP)钛基钙钛矿的二维层状结构。然而,这种结构的内部动态和其性能改善的原因尚未得到彻底探讨。 在这项研究中,研究人员应用电子自旋共振技术分析了RP钙钛矿太阳能电池在运行过程中的内部状态,从微观视角提供了见解。…

推动人类迈向星辰:光帆的承诺

一组科学家在实验室环境中进行了微型光帆如何受到激光影响而运动的首次实验评估。 通过超薄帆驱动的航天器在星际空间旅行,似乎就像是科幻故事中的情节。然而,斯蒂芬·霍金和尤里·米尔纳于2016年启动的“突破星际计划”正在调查这一概念。这个想法是利用激光推动附着在“光帆”上的小型太空探测器,使其能够以极高的速度到达我们最近的恒星系统——半人马座α星。 加州理工学院(Caltech)在实现这一雄心勃勃的目标的全球努力中处于前沿。加州理工学院工程与应用科学系主任哈利·阿特沃特(Harry Atwater)解释说:“光帆将比历史上任何其他航天器都要快,有望使我们能够直接探索目前仅通过远程观察进行的星际距离。” 阿特沃特和他的同事们在加州理工学院建立了一个平台,以分析将来可能用于构建这些光帆的超薄膜。这一测试平台具有一种测量激光施加在帆上力量的方法,这将有助于推动航天器在太空中航行。他们的实验标志着从理论设计到关键概念和可能材料的实际观察和测量的重要过渡。…

革命性诊断工具增强了LIGO对引力波的探索

研究人员介绍了一种新颖的无监督机器学习方法,旨在发现激光干涉引力波天文台(LIGO)辅助通道数据中的新模式。 加州大学河滨分校的科学家们简化了在由引力波探测器LIGO设施产生的庞大且复杂的数据集中定位模式和减少噪音的过程。 在最近的IEEE大数据研讨会上,UCR团队透露了他们关于一种能够自主识别LIGO辅助通道数据中模式的机器学习方法的发现。这项创新技术在大规模粒子加速器研究和复杂工业系统中也可能具有相关性。 LIGO作为一个探测引力波的设施,捕捉由移动的巨大物体引起的时空结构中的短暂波动。它是首个探测到来自相撞黑洞波动的设施,从而确认了爱因斯坦相对论的一个重要元素。LIGO由位于华盛顿州汉福德和路易斯安那州利文斯顿的两个相距4公里的干涉仪组成,利用高功率激光器识别引力波。从这些探测器收集到的信息为宇宙提供了新的洞察,并为对黑洞本质、宇宙学以及存在的最密集物质形式的探究提供了信息。 每个LIGO探测器都从位于观测站的各种环境传感器生成大量的数据流或通道。…

虚拟呼吸教练证明与人类教练同样有效

一项研究表明,由计算机技术创造的虚拟呼吸教练可能与人类教练的效果一样有效。 阿斯顿大学研究人员的研究表明,计算机生成的呼吸教练可能与人类教练的课程同样有效。 呼吸指导教师帮助人们学习各种呼吸技巧,旨在增强他们的身体、心理和情感健康。然而,最近的研究表明,人们在屏幕上接受虚拟现实(VR)教练的指导时感到与接受受过训练的专业人士的指导同样舒适。 Covid-19疫情影响了全球许多人,不仅通过呼吸道疾病,还导致长期的焦虑和抑郁。虽然有许多药物可以解决身体和心理挑战,但最简单和最常见的解决方案之一是进行呼吸练习。然而,雇用训练有素的教练成本较高,个人通常需要投入时间和金钱前往这些课程。 研究团队旨在探索人们对这一虚拟…

关于12-磷酸四苯并芘中激进捕获的革命性发现

  μ子自旋旋转(µSR)光谱是一种重要的方法,可以在原子尺度上研究材料的行为。该技术利用μ子,这是一种亚原子粒子,类似于质子,但质量更轻。当这些μ子引入材料中时,它们与周围的磁场相互作用,从而提供有关材料的组成和行为的宝贵见解,特别是对于高度反应性的物种,例如自由基。 在日本东京科学研究所材料与化学技术学院的副教授伊藤重和领导的团队进行的一项最新研究中,采用µSR光谱研究了类三氟甲基化的12-磷酸萘 1 的区域选择性μ子化。这种化合物属于一种与磷相关的常见化学结构变体。µSR过程始于μ子(Mu)的生成,当带正电的μ子(µ+)捕获一个电子(e-)时,形成μ子。随后,μ子与含磷化合物反应,导致在磷位点生成μ子化自由基。这种选择性添加的发生是由于磷原子的显著反应性,这是多芳香烃的一种特征。其研究结果在2025年1月7日在线发表于《科学报告》上。…

揭开自旋电子学的面纱:手性分子的迷人影响

  美因茨大学的研究人员展示了被称为“手性诱导自旋选择性”的效应,这指的是手性分子如何利用先进的自旋电子学分析技术影响电子自旋。 电子及其负电荷对电流的影响是众所周知的。电子还有其他固有特性,如自旋或磁矩,这些特性可能显著提升数据存储设备的性能。然而,分离特定自旋一直是一项挑战。例如,专门针对自旋向上的电子是复杂的。一种可能的解决方案是使电流流过像铁这样的铁磁材料,这将产生自旋极化与磁场方向对齐的电流。 过去十年中的另一项研究方向是产生手性分子中的电流——那些镜像无法完美重叠的分子,典型的例子是螺旋结构。这种方法产生的自旋极化约为60%到70%,与铁磁材料中的数据相当;然而,这仍然是一个积极研究和争论的话题。 涉及薄金膜和手性分子的系统…

翻新制冷:从50年代到今天的冰箱技术创新进展

2023年1月30日,研究人员在Cell Press期刊《Joule》上发布了研究结果,表明一种新的高效环保制冷技术可能很快问世。这项创新依赖于热电化学电池,通过可逆的电化学反应产生冷却效果。与传统制冷方法相比,热电化学制冷不仅更具成本效益,而且对环境更有利,因为它所需的能量显著减少。其多样的特性意味着它可以应用于从个人制冷设备到工业系统的广泛用途。 来自中国武汉华中科技大学的高级作者段江江表示:“热电化学技术将成为我们生活的一部分,无论是作为清洁电力还是低能耗制冷解决方案,研究和商业领域都应该关注这一点。” 热电化学电池利用可逆电化学反应产生的热量来发电。通过逆转这种方法——施加外部电流以启动电化学反应——可以产生冷却能力。早期研究表明,热电化学电池的冷却能力有限,但段的团队通过改进参与过程的化学物质,显著增强了这一潜力。 段解释道:“尽管过去的研究主要集中在初始系统设计和数值模拟上,我们提出了一种逻辑和通用的热电化学电解质设计策略,达到了前所未有的冷却性能,准备好了实际应用。”…

harnessing Power: 胶带能源发电的意外潜力

虽然静电震惊在冬季可能令人烦恼,但一些科学家将其视为一种有前景的能源来源。他们利用一种称为摩擦电纳米发电机(TENG)的设备,通过摩擦电效应将机械能转化为电能。与许多依赖于昂贵定制材料的TENG不同,一个研究小组创造了一个使用现成胶带、塑料和铝的版本。他们的胶带基础TENG的改进报道在ACS Omega期刊上。 该研究小组在Gang Wang和Moon-Hyung Jang的指导下,之前开发了一种经济实惠的TENG,通过叠加商店购买的双面胶带、塑料薄膜和铝来实现。这个设置在每次拉合叠加的胶带时产生少量电力。然而,胶带的粘性特质使得在没有显著努力的情况下分开这些层变得困难。…

创新化学家研发环保替代品,取代从保龄球到髋关节置换中所用的坚固塑料

研究人员提出了一种可回收的替代品,用于一种在汽车轮胎、髋关节置换和保龄球等产品中常用的强塑料类别。 康奈尔大学的研究人员推出了一种可回收的替代品,用于一种通常用于汽车轮胎、髋关节置换和保龄球等物品的强塑料。 这种类型的塑料被称为热固性塑料,具有“交联聚合物”结构,增强了其耐用性。然而,这一特性也使得这些基于石油化工的材料——占所有生产聚合物15%-20%——无法回收。 康奈尔大学化学与化学生物学教授布雷特·福尔斯指出:“目前,世界上没有任何热固性材料被回收。相反,它们要么被焚烧,要么被填埋。” 福尔斯实验室通过创建一种源于生物材料的替代品来解决这一环境问题。这个新选项保持了交联热固性塑料的耐用性和灵活性,但可以很容易地回收和分解。…