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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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石墨烯中异域电子晶体的突破性发现

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研究人员在一种特别设计的石墨烯结构中发现了一种新的量子态。这一发现发布在期刊《自然》中，描述了扭曲的双层-三层石墨烯内存在特征电子晶体。这一创新系统是通过精确扭转这些二维材料堆叠层创建的。 来自不列颠哥伦比亚大学、华盛顿大学和约翰斯霍普金斯大学的研究人员在一种特别设计的石墨烯结构中发现了一类新的量子态。他们的研究今日发表在《自然》上，详细描述了在扭曲的双层-三层石墨烯中发现的拓扑电子晶体，这种晶体是通过对堆叠在一起的二维材料层施加精确的旋转扭曲形成的。 “这项研究的基础涉及两个石墨烯片，它们由组织成蜂窝晶格的碳原子组成。电子在这些原子之间的运动方式决定了石墨烯的电气特性，使其可与铜等常见导体相媲美，”不列颠哥伦比亚大学物理与天文学系教授Joshua Folk解释道。 “接下来，我们将这两片石墨烯稍微扭转后叠在一起，这种方式创造出一种叫做摩尔图案的几何干涉图案：在某些区域，堆叠中的碳原子直接对齐，而在其它区域则稍微偏离，”Folk补充道。…

创新解决方案：将烟尘滤器的排放转化为可持续燃料

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揭示烟尘过滤器中的化学机制可以导致合成燃料的创新方法。 碳颗粒在我们日常环境中是常见的存在。烟尘由微小的碳颗粒组成，当油或木材等燃料不完全燃烧时，会产生烟尘。烟尘颗粒过滤器通过各种化学表面反应，在汽车排放中去除这些纳米到微米级别的小碳颗粒，起着至关重要的作用。此外，碳颗粒具有工业应用，因为它们可以与二氧化碳（CO2）和水在超过1000摄氏度的温度下转化为合成燃料前体。在这两种用途上，碳表面发生的化学转化是至关重要的；然而，有利于特定反应路径的具体条件尚不完全清楚。 二氧化氮和氧气降解碳颗粒 位于马普化学研究所（MPIC）的一组科学家揭示了影响颗粒过滤器中碳纳米颗粒的氧化过程。他们研究了这些小烟尘颗粒在柴油机排放典型条件下的行为。在约270到450°C的温度范围内，碳与具有反应性的气体（如二氧化氮（NO2）和氧气（O2））相互作用，导致碳的氧化和降解。研究结果表明，当温度升高时，碳质量的减少速度加快。随后，研究人员将他们的实验结果纳入一个称为KM-GAP-CARBON的动力学多层模型中。 模型详细描述了化学过程：在较低温度下，主要是二氧化氮驱动碳的分解，而在较高温度下，则为氧气主导。这种主导反应路径的转变是由启动化学反应所需的活化能的逐渐变化所定义的。…

通过人工光合作用创造的创新生物可降解尼龙

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科学家们已经创造了一种人工光合作用技术，利用生物质和氨的化合物生成可生物降解尼龙的构件。 尼龙是一种强韧且灵活的材料，类似于其他来自化石燃料化学品的塑料。然而，来自生物质来源的塑料作为传统塑料的可持续替代品越来越受到关注，大阪市立大学的研究人员现已开发出可生物降解尼龙的前驱物。 由日本的人工光合作用研究中心阿真幸教授领导的团队之前分享了使用生物质衍生化合物生产可生物降解塑料原材料的方法。他们能够利用L-乳酸（一种聚乳酸的关键成分）创造出一种聚酯类型的可生物降解塑料。 这一次，研究人员使用了一种与L-乳酸结构相似的氨基酸L-丙氨酸，来生产尼龙风格的可生物降解塑料原材料。通过在包含染料和催化剂的光还原系统中结合生物催化剂L-丙氨酸脱氢酶，促进氨和丙酮酸结合生成L-丙氨酸，从而推动了人工光合作用技术的进步。 阿真教授表示：“我们已成功合成了可生物降解尼龙聚-L-丙氨酸的前驱物，使用太阳能。”他补充说：“接下来，我们的目标是创造环保的尼龙前驱物，针对通过利用来自生物质化合物的氨进行的人工光合作用来生产L-丙氨酸。”…

城市天空的变革：草地表面如何降低无人机噪音

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多孔地面覆盖的区域，如植被覆盖区域，可以显著减少无人机和空中出租车产生的噪音，有助于减少城市地区的干扰，因为城市空中出行（UAM）的概念正在扩展。 今天在《科学报告》上发布的一项研究首次揭示，利用多孔表面进行的处理能够帮助降低噪音并增强螺旋桨效率。 来自布里斯托大学气动声学团队的首席研究员哈桑·卡米利亚·贾瓦哈尔博士在马赫迪·阿扎尔佩伊万德教授的指导下，展示了将多孔地面技术应用于减少低频至中频噪音水平多达30分贝，并与常规固体地面相比，提高推力和功率效率。这表明，用草或苔藓等多孔材料覆盖建筑物屋顶、着陆区和垂直机场可以减少无人机着陆时的噪音。 作为布里斯托大学科学与工程学院的一员，贾瓦哈尔博士表示：“人们已经理解，地面类型会影响螺旋桨的表现及其产生的噪音，尤其是在起飞和降落时。” “尽管噪音问题显而易见，但针对城市环境的定制解决方案却很稀缺。”…

基于锡的催化剂革命性发现为增强二氧化碳还原技术铺平道路

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一个研究团队查阅了过去十年的数千份报告，以寻找一种基于锡的催化剂，该催化剂支持甲酸的生产——这是一种在许多行业中使用的重要化学品，同时还使生产过程更环保。 由日益减少的化石燃料供应和大气中二氧化碳（CO2）水平上升所推动的全球气候危机，使得寻找可持续能源解决方案的任务比以往任何时候都更加紧迫。针对这一点，一个有前景的方法是电化学二氧化碳还原反应（CO2RR），特别是当它与可再生能源相结合时。这项技术不仅有助于减少CO2排放，还通过将CO2转化为有价值的碳中性燃料来解决能源存储的挑战。甲酸（HCOOH）是CO2RR的关键产品之一，由于其在 tanning、纺织和制药等行业中的灵活性而受到重视，同时它还作为氢存储的高能量密度介质。 “甲酸在各个领域都是一种至关重要的化学品，它作为氢载体的角色使其对可持续的能源未来至关重要，”东北大学先进材料研究所（WPI-AIMR）的助理教授薛佳表示。最近的经济评估确认，通过CO2RR生产甲酸在实际和经济上都是可行的，使其适合未来的工业应用。 为了提高CO2RR催化剂的效率，嘉及其团队对过去十年的2300多份实验报告进行了广泛分析。他们的研究突显了基于锡的催化剂（如Sn−N4−C单原子催化剂（SAC）和多原子Sn）在生产甲酸方面的卓越有效性和选择性。这些催化剂在甲酸法拉第效率（FE）方面始终优于其他催化剂，如金属-氮-碳（M−N−C）催化剂和各种金属。…

革命性细胞研究：Moscot的创新AI突破

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由于一种名为Moscot（“多组学单细胞最优传输”）的开创性技术，研究人员现在可以同时观察数百万个细胞在形成新器官（如胰腺）时的情况。这一非凡的技术是由一个以赫尔姆霍茨慕尼黑为首的国际科学家团队开发的，并发表在著名期刊《自然》上。 过去，生物学家对细胞在其自然环境中生长的过程理解有限，特别是在胚胎形成器官期间。“现有的方法仅提供少量细胞的快照，或者未能联系起随时间和空间发生的动态过程，”该研究的主要作者、多伦多大学计算生物学研究所博士候选人、多伦多大学的研究员多米尼克·克莱因（Dominik Klein）解释道。“这严重限制了我们对器官发育及各种疾病机制中复杂相互关系的理解。” Moscot 绘制了细胞在器官和生物体中的发展…

释放能源潜力：分层晶体技术的突破

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科学家们正在揭示卤化物钙钛矿的奥秘——这些材料可能会革命性地改变我们的未来，开启一个新的高效能光电时代。两位物理学教授正在从纳米尺度研究这些材料，这是一个人眼无法看到的领域。在这个微观尺度上，卤化物钙钛矿的显著特性变得显而易见，特别是由于它们极薄晶体的独特结构。这种独特的设计使它们在将阳光转化为能量方面极为有效。想象一下，太阳能电池板不仅更便宜，且更有效地为家庭提供电力。设想一下，LED灯光更亮，使用寿命更长，且耗电更少。 密苏里大学的科学家们正在揭示卤化物钙钛矿的奥秘——这些材料可能会革命性地改变我们的未来，开启一个新的高效能光电时代。 密苏里大学艺术与科学学院的两位物理学教授苏奇·古哈和加文·金正在从纳米尺度研究卤化物钙钛矿，这是一个人眼看不见的领域。在这里，卤化物钙钛矿的独特特性浮现出来，这得益于它们超薄的晶体结构，使其在将阳光转化为能量方面极为高效。 想象一下，太阳能电池板不仅更实惠，而且在为家庭提供电力方面显著更有效。或者想想LED灯，它们的光线更亮，寿命更长，同时耗电更少。 古哈表示：“卤化物钙钛矿被视为21世纪的半导体。”这位固态物理学专家补充道：“过去六年，我的实验室一直专注于改进这些材料，使其成为下一代光电设备的可持续资源。”…

无线通信的革命：电磁波和量子材料的力量

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一组来自渥太华大学的研究人员创造了新的技术，以改善石墨烯基材料中太赫兹（THz）波的频率转换，这为无线通信和信号处理领域提供了更快、更高效的技术。 THz波位于电磁波谱的远红外部分，可以用于通过不透明物质进行非侵入性成像，使其在安全和质量控制方面具有重要价值。它们在无线通信中也具有重要潜力。THz非线性光学的进展，使电磁波的频率发生变化，对于开发高速无线通信和即将到来的6G技术及以后的信号处理系统至关重要。 THz技术正在迅速发展，预计在医疗、通信、安全和质量保证等领域将发挥重要作用。物理学副教授让-米歇尔·梅纳德及其研究团队在创建能够将电磁信号转换为更高振荡频率的设备方面取得了进展，有效地将GHz电子学与THz光子学连接起来。 他们的研究成果发表在《光：科学与应用》上，展示了增强石墨烯材料中THz非线性的创新策略。梅纳德教授表示：“这项研究是在提高THz频率转换效率方面的一大进展，这对多光谱THz应用和未来的6G通信系统至关重要。”他与渥太华大学的其他研究人员艾利·马雷基和罗伯特·W·博伊德，以及来自德国拜罗伊特大学的莫里茨·B·海因德尔和乔治·赫林克以及伊瑞迪安光谱科技的研究人员合作。 这项新研究强调了利用石墨烯的独特光学特性的方法，石墨烯是一种由单层碳原子组成的革命性材料。这种二维材料可以轻松地集成到设备中，为信号处理和通信的新的可能性铺平了道路。…

重新定义链甲艺术：现代视角

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由机械工程和应用物理学教授Chiara Daraio领导的加州理工学院实验室的最新研究，已经产生了一种引人注目的新型物质。这种材料被称为PAM（多链构建材料的缩写），表现出独特的特性，在某些应力下像流体一样行为，而在其他情况下则像固体。它的潜在应用范围广泛，从头盔这样的防护装备到生物医疗设备和机器人。 虽然PAMs并不是自然存在的，但其基本概念让人联想到古老的链甲制作技艺，其中小金属环相互连接形成灵活的护甲。与此不同，PAMs可以被视为链甲的高级版本。它们利用互锁的形状，由多种形式相互连接，创造出高度复杂的三维结构。包括达拉约和她的团队在内的研究人员，使用3D打印技术生产了这些创新材料，并发现了传统材料中未观察到的行为。 机械和土木工程的博士后研究员周文杰在达拉约的实验室专注于这些材料已有两年。周文杰最初接受的是化学训练，旨在创造微观结构，但发现这太困难了。这使他加入了达拉约的团队，探索PAMs的更大规模，研究它们独特的行为。 达拉约团队开发的PAMs最初在计算机上进行模拟。他们的目标是模拟晶体中的晶格模式，但用相互交错的环或多面笼代替固定的颗粒。…

新的快速射电爆发挑战天文学家对宇宙现象的理解

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快速无线电暴（FRBs）是神秘而短暂的无线电波信号，最初认为来源于磁星，磁星是具有强大磁场的中子星。然而，这些磁星通常在年轻的星团中发现。最近，去年识别出的一个重复爆发被追溯到一颗古老的、庞大的椭圆星系的遥远边缘。这引发了关于磁星是否真的能成为FRBs来源的怀疑。 天文学家Calvin Leung在去年夏天分析来自新激活无线电望远镜的数据时感到兴奋，成功定位到来自北天琴座的重复强烈无线电波的源头——被称为快速无线电暴（FRBs）。 Leung是加州大学伯克利分校的米勒博士后研究员，致力于揭示这些神秘爆发的起源，并利用它们作为工具来探索宇宙的广阔结构，这对理解其起源和发展至关重要。他编写了大量计算机代码，使他的团队能够合并来自多个望远镜的数据，从而极为精确地确定爆发的位置。 然而，当他的同事们来自加拿大氢强度测绘实验（CHIME）利用光学望远镜观察这一地点时，兴奋很快转化为困惑。他们发现该地点位于一颗早已消失的椭圆星系的边缘，而理论上该地区不应该存在导致这种爆发的恒星。…

不可思议的发现：遥远外星行星上发现超音速风

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  天文学家们在巨型系外行星WASP-127b的赤道附近发现了异常强劲的风。这些风速可达33000公里每小时，标志着在任何行星上记录到的这类喷流的速度之最。该发现通过在智利欧洲南方天文台的超大望远镜(VLT)进行的观察揭示，为我们提供了关于这一遥远系外行星气候条件的宝贵见解。 虽然龙卷风、气旋和飓风在地球上引发混乱，但研究人员现在已经在太阳系之外确定了规模迥异的行星风。自2016年被探测到以来，科学家们一直在探讨WASP-127b的气候条件，这是一颗位于500光年以上的巨大气体巨行星。尽管体积略大于木星，但它的质量却小得多，导致其“蓬松”的外观。最近，一支国际团队取得了惊人的突破：他们发现了在该行星上盘旋的超音速风。 “我们观测到部分大气层以高速朝我们奔来，而另一部分则以相同速度远离我们。”来自德国哥廷根大学的研究员、该研究的第一作者丽莎·诺特曼（Lisa Nortmann）解释道。“这一观察结果表明，环绕行星赤道的存在着快速的超音速喷流风。”…

自我改进的类脑芯片：智能科技的未来

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科学家们创造了一种能够学习、纠正错误和处理人工智能任务的计算芯片。 传统计算机系统通常使用单独的组件进行数据处理和存储，这在处理复杂信息（如人工智能）时可能效率较低。来自KAIST的研究团队推出了一种基于记忆电阻器的集成系统，模拟大脑的信息处理。这项进展适用于各种设备，如能够迅速检测可疑行为的智能安防摄像头，无需依赖云服务器，以及用于实时健康数据分析的医疗设备。 1月17日，KAIST（在校长李光炯的领导下）宣布，一个由电气工程学院的崔新贤教授和尹榮圭教授组成的协作研究团队开发出了一个超紧凑的神经形态半导体芯片，能够独立学习和错误纠正。 这款芯片之所以突出，是因为它能够学习和纠正与非最佳特性相关的错误，这些错误曾困扰神经形态设备。例如，在处理视频信号时，这款芯片不仅学习区分运动物体和背景，而且随着时间推移在这项任务上的表现越来越好。 它的自学习能力已经通过实现实时图像处理准确度与理想计算机仿真相当得到了验证。研究团队的重大成就在于创造了一个可靠和实用的系统，超越了仅开发类脑组件的范畴。…
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