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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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土星的卫星:神秘的摇摆大气像陀螺仪一样

泰坦大气层的令人困惑的行为已被揭示。研究小组展示了土星最大卫星的厚重、模糊的大气并未与其表面同旋转,而是像陀螺一样晃动,随季节变化。 布里斯托大学的研究人员首次揭示了泰坦大气的令人困惑的行为。 通过分析卡西尼-惠更斯探测器任务的数据, NASA、欧洲空间局(ESA)和意大利空间局的联合项目,研究小组展示了土星最大卫星的厚重、模糊的大气并未与其表面同旋转,而是像陀螺一样晃动,随季节变化。 泰坦是太阳系中唯一拥有显著大气的卫星,长期以来一直吸引着行星科学家。现在,在卡西尼探测器进行了13年的热红外观测之后,研究人员追踪了泰坦大气随时间的倾斜和变化。…

红外线隐形眼镜使人们即使闭上眼睛也能在黑暗中看见

神经科学家和材料科学家创造了能够在人类和小鼠中实现红外视觉的隐形眼镜,通过将红外光转换为可见光。与红外夜视瞄准镜不同,这种隐形眼镜在《Cell》期刊上描述于5月22日,不需要电源——它们使佩戴者能够感知多个红外波长。因为它们是透明的,用户可以同时看到红外和可见光,尽管当参与者闭上眼睛时红外视觉得到了增强。 “我们的研究开启了非侵入性可穿戴设备的潜力,可以赋予人们超视觉,”首席作者、来自中国科学技术大学的神经科学家薛天说。“这种材料的潜在应用非常广泛。例如,闪烁的红外光可以用于传输安全、救援、加密或防伪等环境中的信息。” 这种隐形眼镜技术使用了能够吸收红外光并将其转换为哺乳动物眼睛可见波长(例如,400-700纳米范围内的电磁辐射)的纳米颗粒。这些纳米颗粒特别能够检测“近红外光”,即800-1600纳米范围内的红外光,正好超出人类可以看到的范围。团队之前曾展示这些纳米颗粒在注射到视网膜内时能够使小鼠实现红外视觉,但他们希望设计一种更少侵入性的选项。 为了制作隐形眼镜,团队将纳米颗粒与用于标准软隐形眼镜的柔性无毒聚合物结合。在证明隐形眼镜无毒后,他们在人体和小鼠中测试了其功能。 他们发现佩戴隐形眼镜的小鼠表现出能够看到红外波长的行为。例如,当小鼠被给予一个暗箱和一个红外照明的箱子选择时,佩戴隐形眼镜的小鼠选择了暗箱,而不佩戴隐形眼镜的小鼠没有表现出偏好。小鼠还显示了红外视觉的生理信号:佩戴隐形眼镜的小鼠在红外光下瞳孔收缩,脑成像显示红外光使它们的视觉处理中心亮起。…

成像技术消除水下场景中的水的影响

SeaSplat 是一种图像分析工具,能够穿透海洋的光学效应,生成水下环境的图像,揭示海洋场景的真实颜色。研究人员将这种色彩校正工具与一种计算模型结合,后者将场景的图像转换为一个可以虚拟探索的三维水下“世界”。 海洋中生机勃勃。但除非你近距离观察,否则大部分海洋世界很容易被忽视。这是因为水本身可以作为一种有效的伪装:穿过海洋的光线在密集的水介质中传播时,会弯曲、散射并迅速消失,且会反射海洋微粒的持久雾霭。这使得没有近距离成像的情况下捕捉物体在海洋中的真实颜色变得极具挑战性。 现在,麻省理工学院和伍兹霍尔海洋学研究所(WHOI)的一组团队开发了一种图像分析工具,能够穿透海洋的光学效应,生成看起来就像已排空水体的水下环境图像,揭示海洋场景的真实颜色。该团队将色彩校正工具与一种计算模型配对,通过该模型将场景的图像转换为一个可以虚拟探索的三维水下“世界”。 研究人员将这个新工具称为“SeaSplat”,既是指其水下应用,也参考了一种称为3D…

通过声波远程移动水下物体

超材料是一种由于其结构而表现出独特属性的复合材料,现在研究人员利用一种表面具有小锯齿图案的超材料在水下移动和定位物体,而无需直接接触它们。相邻的扬声器根据声波如何反射于材料上施加不同的力,通过精确地针对漂浮或沉入水中的超材料发出精确的声波,研究人员可以推动和旋转附着在其上的物体。 声音不仅仅可以提供悦耳的节拍。声波已被用于从海床绘图到击碎肾结石等各种用途。得益于独特的材料结构,研究人员现在可以在水下移动和定位物体,而无需直接接触它们。 威斯康星大学麦迪逊分校的博士生张大军将于5月20日(星期二)在美国声学学会第188届会议和第25届国际声学大会上展示他开发用于水下声学操控的超材料的研究成果,会议将于5月18日至23日举行。 超材料是一种由于其结构而表现出独特属性的复合材料。张的超材料表面具有小锯齿图案,这允许相邻的扬声器根据声波如何反射于其上施加不同的力。通过仔细针对漂浮或沉入水中的超材料发出精确的声波,张可以按照他希望的方式推动和旋转任何附着在其上的物体。 在水中操控物体而不接触它们,可能会使许多水下工作变得更简单。这也可以在主要是水的人体内部使用,例如远程手术或药物递送等应用。…

市售过氧化物结合不相容聚合物以进行回收

研究人员开发了一种廉价且可能具有可扩展性的方法,该方法使用商用过氧化物将聚乙烯和聚丙烯结合在一起,从而创造出一种更有用的高质量塑料回收添加剂。 聚乙烯和聚丙烯占全球塑料的三分之二。然而,这些聚合物的受欢迎程度也带来了同样大的缺点。由于它们具有相似的密度和物理特性,这些聚合物在机械回收时很难且昂贵地分离在一起。最终的结果是产出一种脆弱、降解的材料,实际上没有什么用处。 现在,康奈尔大学的研究人员开发了一种廉价且可能具有可扩展性的方法,该方法使用商用过氧化物将聚合物结合在一起,从而创造出一种更有用的高质量塑料回收添加剂。 研究结果于5月19日发表于《美国化学学会杂志》。共同第一作者是博士后研究员Moritz Kränzlein和博士生Shilin…

机器人无需我们学习?新研究将人类排除在早期测试之外

人类不再独占训练社交机器人有效互动的控制权,这要感谢一项新的研究。这项研究介绍了一种新的模拟方法,让研究人员在不需要人类参与者的情况下测试他们的社交机器人,从而加快了研究速度并提高了可扩展性。 人类不再独占训练社交机器人有效互动的控制权,这要感谢来自萨里大学和汉堡大学的一项新研究。 这项研究将于今年的IEEE国际机器人与自动化会议(ICRA)上呈现,介绍了一种新的模拟方法,让研究人员在不需要人类参与者的情况下测试他们的社交机器人,从而加快了研究速度并提高了可扩展性。 研究小组使用人形机器人开发了一种动态扫描路径预测模型,以帮助机器人预测一个人在社交环境中会关注何处。该模型使用两个公开可用的数据集进行了测试,研究人员证明了人形机器人能够模仿类人眼动。 研究的共同负责人、萨里大学认知神经科学讲师傅迪博士表示:…

在高紫外线辐射环境下揭示行星形成的秘密

根据一项新研究,即使在极端紫外辐射的环境中,行星形成的基本构件也可以存在。这项研究是由宾夕法尼亚州立大学的天文学家领导的国际合作研究,利用了美国宇航局詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)的无与伦比的能力和复杂的热化学建模,调查了原行星盘——围绕新恒星的尘埃和气体,最终可以形成行星和其他天体——在银河系中最极端的环境之一。 描述这项研究的论文于5月20日发表在《天体物理学杂志》上。 “天文学家长期以来一直试图了解行星如何在围绕年轻恒星旋转的气体和尘埃盘中形成,”宾夕法尼亚州立大学Eberly科学学院天文学与天体物理学的博士后研究员、该研究的首席作者Bayron Portilla-Revelo说。“这些结构——称为原行星盘——是外太阳系的出生地,类似于我们自己的太阳系,后者在45亿年前形成。原行星盘通常形成在靠近释放大量紫外(UV)辐射的巨大恒星附近,这可能会破坏盘子并影响它们形成行星的能力。虽然通过研究附近星形成区的原行星盘取得了显著进展,但这些区域缺乏更大和更常见的恒星育婴室所存在的强烈紫外辐射。” 紫外辐射指的是能量比可见光更高的不可见光。在地球上,这可能对细胞造成损害,从轻微的晒伤到皮肤癌。在太空中,没有行星的大气层过滤器,紫外辐射要强得多。研究的重点是一颗名为XUE…

如何利用人工智能聆听城市的“脉搏”

研究人员通过使用人工智能探索城市生活的情感侧面,重新审视了城市研究。他们的目标是更好地理解城市的物理特征与人们在这些环境中的感受之间的联系。 当贾耶迪·阿曼(Jayedi Aman)观察一个城市时,他不仅关注其建筑和街道,还考虑人们如何在这些空间中移动和与之连接。阿曼是密苏里大学建筑研究的助理教授,他建议,未来城市的设计可能会在很大程度上受到人类经验的指导,而不仅仅是物质材料。 在最近的一项研究中,阿曼与密苏里大学地理和工程学教授蒂姆·马提齐维(Tim Matisziw)采用了新颖的方法,通过使用人工智能探索城市生活的情感侧面。他们的目标是更好地理解城市的物理特征与人们在这些环境中的感受之间的关系。…

气体位置驱动遥远星系中的恒星形成

在星系形成的奇妙领域,关键因素不是气体的总量,而是其在星系内的战略分布。 国际射电天文学研究中心(ICRAR)的研究人员通过研究有助于形成恒星的气体分布发现了这一关于星系的结论。 研究团队使用位于Inyarrimanha Ilgari Bundara的CSIRO…

微型激光传感器提供超强生物检测能力

研究人员开发了一种3D微打印传感器,用于高灵敏度的片上生物传感,开启了开发高性能、成本效益高的实验室芯片设备以进行早期疾病诊断的新机遇。 研究人员开发了一种3D微打印传感器,用于高灵敏度的片上生物传感。这种基于聚合物轻声画廊模式微激光器的传感器,为开发高性能、经济实惠的实验室芯片设备以进行早期疾病诊断开辟了新机遇。 香港理工大学的研究团队领袖A. Ping Zhang说:“未来,这些轻声画廊模式微激光传感器可以集成到微流控芯片中,以启用新一代实验室芯片设备,实现对多种生物标志物的超灵敏定量检测。这可用于早期诊断癌症和阿尔茨海默病等疾病,或应对重大健康危机,例如COVID-19疫情。”…

一种更智能的方法来制造磺酮:使用分子氧和功能性催化剂

作为绿色化学的最新跃进,日本的科学家们揭示了一种新催化剂,该催化剂能够在接近室温下使用分子氧实现高产率的磺酮。通过微调钙钛矿氧化物催化剂中氧空位的结构,研究人员成功将反应温度从80-150摄氏度降低到近30摄氏度,提高了能效。这项研究标志着推进复杂硫化物氧化反应的重要里程碑,提供出色效率的可持续性。 磺酮是一类含硫化合物,化学上源于对硫化物的选择性氧化。尽管这些化合物是制药、溶剂和聚合物工业的核心,但其化学合成常常受到高反应温度和极端反应条件的阻碍。此外,生产这些化合物还需要昂贵的添加剂和苛刻的溶剂。在这种背景下,日本的一组研究人员提出了一种新催化剂设计,能够克服传统合成的局限性,为磺酮提供更高的选择性和更好的产量。 研究团队由日本东京科学研究所的角田圭吾教授领导,他们利用先进的催化剂合成技术,探索元素组成和晶体结构的变化如何贡献于低温下硫化物氧化的催化性能。他们的研究成果于2025年4月3日在线发表在《先进功能材料》上。 “使用分子氧作为氧化剂的硫化物氧化是有机化学中最具挑战性的反应之一,近年来开发新型固体催化剂来促进这类反应已引起了相当大的关注,”角田表示。 针对这一需求,研究人员聚焦于广泛用于催化的钙钛矿氧化物。为了增强基于锶(Sr)、锰(Mn)和氧(O)的六方钙钛矿中一种特定金属-氧物种(面共享氧)的反应性,他们引入了部分锰原子的钌(Ru)原子。这一微妙的修改在晶体内部产生了氧空位,显著提高了催化剂转移氧原子的能力,这一过程在硫化物氧化中至关重要。…

物理学进展:详解在液体中控制固体物体的新方法

研究人员详细描述了一种现象背后的物理原理,该现象使他们能够使用超声波在液体滴中产生旋转,从而集中悬浮在液体中的固体颗粒。这一发现将使研究人员能够设计利用该技术的技术,以在生物医学检测和药物开发等领域开发应用。 研究人员详细描述了一种现象背后的物理原理,该现象使他们能够使用超声波在液体滴中产生旋转,从而集中悬浮在液体中的固体颗粒。这一发现将使研究人员能够设计利用该技术的技术,以在生物医学检测和药物开发等领域开发应用。 “通过在压电基底表面产生超声波,我们可以诱导在该基底上静止的液体滴中的旋转,”北卡罗来纳州立大学机械与航空航天工程助理教授、该研究论文的共同第一作者陈璟说。“超声波的振荡推动车滴内部的流体以圆形流动,但液滴的表面张力阻止液滴展开成平面。一系列来自超声波、旋转液滴和液滴内部流体运动的力使液滴内部的颗粒以螺旋模式移动,基本上通过液滴扭转,汇聚到一个中心点。 “这是一种在液体溶液中浓缩固体颗粒的新颖方法,这在很大程度上是非常有用的,”陈说。“例如,浓缩细胞内容物可能使传感器更容易检测生物医学检测所需的相关材料。” 但是,为了开发利用这一现象的技术,研究人员需要准确理解是什么驱动着它。…