技术

工程师们成功地以具体的方式实现了一个著名的量子思想实验。他们的结果为进行量子计算提供了一种新颖且更加稳健的方法，这对错误纠正——实现功能性量子计算机的主要障碍——产生了重要影响。 来自新南威尔士大学的工程师们成功地将一个知名的量子思想实验变为现实。他们的结果展示了一种新的、强大的量子计算方法，对错误纠正具有重要意义——这是创建实用量子计算机的关键挑战之一。 一个多世纪以来，量子力学吸引了科学家和哲学家的关注。该领域最著名的思想实验之一是“薛定谔的猫”，涉及一只猫，其生死与一个放射性原子的衰变有关。 根据量子力学，若没有直接观察，该原子存在于叠加态——意味着它同时处于“衰变”和“未衰变”的状态。这引入了一个令人困惑的概念，即这只猫处于同时死与活的叠加态。 “虽然没有人观察到真正的猫同时处于死与活的状态，但薛定谔的猫的比喻有助于说明显著不同的量子状态的叠加，”新南威尔士大学的安德烈亚·莫雷洛教授指出，他是这项研究的首席研究员，研究成果发表在《自然物理》期刊上。…

研究人员发布了一项新研究，调查一种名为极化子（polaron）的准粒子在一种称为碲烯（tellurene）的纳米材料中的行为。碲烯于2017年开发，由微小的碲原子链组成，具有多种应用的有利特性，包括传感器、电子、光学和能源设备。 为了理解物质在非常小的尺度上是如何运作的，科学家们常常使用简单的类比来描述集体现象——就像一群鸟一起飞翔被称为“鸟群”（flock）或“聚集”（murmuration）。与这些术语相关的效果，被称为准粒子，可能对未来的技术突破至关重要。 在最近发表在Science Advances的文章中，由莱斯大学（Rice University）副教授、专门研究电气和计算机工程以及材料科学和纳米工程的黄胜熙（Shengxi…

最近的研究表明，联邦水库可能会显著有助于满足国家的太阳能需求，如《太阳能》所述。 这项研究由地理空间专家埃文·罗森利布和玛丽·里弗斯，以及美国能源部国家可再生能源实验室（NREL）的高级法律和监管分析师亚伦·莱文共同进行，首次估算了在联邦管理的水库上浮动太阳能设施的能源生产潜力。开发者可以在AquaPV网站上找到有关每个水库的详细信息。 太阳能生产潜力巨大：这些水域可以支持能够每年产生约14,760亿千瓦时的浮动太阳能设施——足以为约1亿个家庭提供电力。 “这展示了最大的能源潜力，”罗森利布指出，提到如果所有水库都装配最高可行数量的浮动太阳能板，能够实现的产出。“虽然我们承认并不是所有的潜力都会被开发，但即使仅实现我们预测的10%，也可能会产生显著的影响。” 截至目前，莱文和罗森利布尚未评估人类活动和野生动物如何影响特定水库地点浮动太阳能项目的部署，但他们计划在即将到来的研究中进一步调查这一点。…

人工智能技术，如ChatGPT，是基于人工神经网络构建的，这些网络在一定程度上模仿了人脑中神经细胞的功能。这些网络是在强大的计算机上使用庞大的数据集进行训练的，消耗了大量的能源。一种有前景的降低能源消耗的替代方案是使用脉冲神经元，这种神经元的能效显著更高。传统上，训练脉冲神经元的方法面临显著限制。然而，波恩大学最近的一项研究引入了一种可能的新方法，可能会导致能效更高的人工智能技术。研究成果已发布在《物理评论快报》上。 像ChatGPT这样的人工智能技术依赖于人工神经网络，这些网络与人脑中神经细胞的功能非常相似。这些系统在高性能计算系统上使用广泛的数据集进行训练，导致高能耗。一种可行的解决方案可能是实施脉冲神经元，这种神经元所需的能量显著较少。但是，脉冲神经元的训练方法历史上一直有限。波恩大学的一项新研究提出了一种新颖的方法，这可能有助于开发更节能的人工智能模型。该研究的结果已发布在《物理评论快报》上。 人脑是一种非凡的结构。它的能耗相当于三个LED灯泡，同时重量低于一台笔记本电脑，但具备创作音乐、制定量子力学等复杂理论，以及思考深刻主题的能力。 尽管像ChatGPT这样的人工智能应用具有显著的能力，但在处理复杂任务时消耗了大量能源。类似于人脑，它们在由数十亿个“神经细胞”组成的神经网络上运作，这些神经细胞共享信息。传统的人工神经元持续运行，类似于电流不断流过的围栏。 “生物神经元的操作方式不同，”波恩大学遗传学研究所的Raoul-Martin…

我们如何保证重要药物或基因疗法成功到达其靶细胞，同时避免有害的副作用？与赫尔姆霍茨慕尼黑、路德维希-马克西米利安大学（LMU）和慕尼黑工业大学（TUM）相关的研究人员在这一领域取得了显著进展。他们创造了一种突破性的技术，使得能够通过整个小鼠身体准确检测纳米载体——用于运输物质的微小载体，直至单个细胞。这一创新被称为“纳米载体单细胞分析”或“SCP-Nano”，结合了先进的成像技术与人工智能，为使用纳米技术的疗法操作提供了无与伦比的洞察。研究结果发表在《自然生物技术》上，开启了安全且更有效治疗选择的大门，包括mRNA疫苗和基因疗法。 纳米载体在现代医学中的作用 纳米载体将成为即将到来的救命治疗的核心。它们允许药物、基因或蛋白质精准送达患者细胞。通过SCP-Nano，科学家能够研究极小数量的纳米载体在小鼠体内的传播，能够可视化每个吸收纳米载体的细胞。SCP-Nano采用光学组织清除、光片显微镜和深度学习算法。最初，整个小鼠的身体会被清除，经过三维成像后，可以在现在透明的组织中定位特定的纳米载体达到单细胞水平。通过整合人工智能驱动的分析，研究人员可以评估哪些细胞和组织与纳米载体相互作用，并识别它们的确切位置。 SCP-Nano的实际应用 赫尔姆霍茨慕尼黑智能生物技术研究所(iBIO)的负责人Ali…

  碳纤维增强聚合物（CFRPs）广泛应用于航空航天、汽车和运动器材领域。然而，它们的回收却面临着相当大的挑战。早前，早稻田大学的研究人员进行的一项调查介绍了一种创新的方法，利用直流放电电脉冲有效、迅速且环保地分离CFRPs，从而回收高等级的碳纤维。这项研究有望为实现更加可持续的未来做出贡献。 随着全球迅速迈向现代化，碳纤维增强聚合物（CFRPs）在技术和工业进步中发挥着至关重要的作用。这些复合材料不仅轻便且强度极高，适用于航空、汽车工业、风能生产和运动器材等多种应用。 然而，CFRPs的回收是一个重大障碍，废物管理成为紧迫的问题。传统的回收方法通常涉及高温处理或化学处理，导致显著的环境影响和增加的成本。此外，回收高质量的碳纤维也被证明是困难的。在这种背景下，电液碎裂技术成为了一种可行的解决方案，其中利用高压放电等离子体产生的强大冲击波脉冲来分离不同材料的界面。 虽然这种方法显示出了潜力，但是否能进一步改进呢？为了探索这个问题，早稻田大学的一组研究人员在创意科学与工程系的所长德考洛（Chiharu…

在过去几年中，超过60个国家制定了旨在增强氢气市场的计划，特别是在工业领域。然而，最近的一项研究表明，到2023年，最初预计的绿色氢气生产量中实现的不足10%。主要的问题在于氢气仍然太昂贵，普遍不愿意承担这些费用。 近年来，超过60个国家制定了旨在增强氢气市场的战略，尤其是在工业领域。然而，发表在期刊《自然能源》中的一项新研究显示，到2023年，最初预计的绿色氢气产出只有不到10%的实现。阻碍进展的主要因素是氢气价格高企，加上消费者支付意愿低。来自波茨坦气候影响研究所（PIK）的研究人员Adrian Odenweller和Falko Ueckerdt评估了全球宣布的1232个氢气项目的竞争力差距。他们建议采取强有力的政治措施，集中于现实的氢气预期，并旨在缩小实施差距。 “在过去三年中，全球关于绿色氢气项目的公告几乎增加了三倍，”PIK的首席研究员Adrian…

在冰冻温度下，水滴不会像在较高温度下那样轻易从表面上脱落。这是因为水滴与表面之间的相互作用更强，并且没有能量转化的途径。去除积累的水滴或冰可能既费钱又低效，因为这通常需要人工劳动或机械工具。因此，寻找防止水滴积聚的方法既是一个引人入胜的科学挑战，也是一个重要的实际需求。研究人员现在开发了一种革命性的自供能机制，使冰冻水滴能够自行弹出，开辟了成本效益技术应用的可能性。 在冰冻条件下，水滴不会像在高温下那样自发地从表面上脱落，这由于与表面的相互作用增加以及缺乏能量转化通道。由于积累的水滴或冰需要人工或机械去除，这既昂贵又低效，防止水滴在表面上积聚具有重要的科学意义和实际意义。来自香港理工大学（PolyU）的研究人员创造了一种开创性的自供能机制以弹出冰冻水滴，使其能够从表面上射出，从而带来了有前途且成本效益高的技术应用。 这项研究以“像弹簧一样的弹性柱弹出冰冻水滴”为题，收录于去年12月的《自然化学工程》杂志封面故事，由香港理工大学机械工程系的王钻凯教授（研究与创新副校长，国际海味集团教授，灵感工程系主任教授）和姚海敏教授（同系副教授）共同带领。团队包括第一作者，博士后研究员张欢欢博士，博士生张伟同学，研究助理教授金元凯博士和博士生吴晨阳同学。 团队从一种通过渗透引起的体积扩张而使其孢子运动的真菌中获得灵感，意识到水滴在冻结时也会发生类似的扩张。他们复制了这一自我弹出机制，设计了一种带有弹簧状柱和润湿对比的结构弹性表面（SES），以促进冰冻水滴的自发弹出。 SES结构经过精心调节参数后，有效地弹出冰冻水滴，无需任何外部能量，即使在风和重力的影响下也能正常工作。该机制在航空器、风力涡轮机翼和电缆线路等领域具有潜在应用，以减少冰积聚的风险。张欢欢博士对引入自供能除冰概念表示热情，这可能会导致许多创新解决方案。“我们旨在进一步增强SES设计，以适应多种生产规模和低成本制造，满足社会需求，”她说。…

破晶石是一种引人注目的矿物，主要以其在耐热披萨石中的应用而闻名。它具有显著的能力，即使在显著的温度变化下也能保持其尺寸。这种矿物在不同的应用中被广泛利用，从汽车催化转换器到高温工业系统。直到现在，这种不寻常的热稳定性的潜在原因仍不明了。由伦敦女王玛丽大学的科学家进行的一项最新研究，发表在《Matter》期刊上，为这一现象提供了宝贵的见解，这可能会影响未来先进材料的设计。 “现代世界需要在温度变化中不会经历显著尺寸变化的材料，不像许多材料会明显膨胀和收缩，”首席研究员、伦敦女王玛丽大学凝聚态物质与材料教授马丁·道夫教授表示。“这样的材料的例子包括用于烤箱安全物品的派瑞克斯玻璃和用于烹饪设备的玻璃陶瓷。” 破晶石的独特之处在于其不寻常的热膨胀行为：它在两个垂直方向上表现出轻微的正膨胀，在第三个方向上表现为负膨胀。这一独特特性使得破晶石在需要卓越热稳定性的应用中至关重要。然而，这种行为背后的具体原因在很大程度上仍然难以捉摸。 为了深入探讨，研究团队采用了先进的晶格动力学和分子动力学模拟，利用可转移的力场研究破晶石在不同热条件下的原子结构。他们的模拟成功复制了实验结果，进一步加深了对该矿物在低温和高温下表现的理解。 “我们的研究结果表明，破晶石独特的热膨胀来自于原子振动和其弹性特性之间意想不到的相互作用，”道夫教授表示。…

研究人员开发了一种新方法，可以生成有价值的光子对，它们可以在任何距离上互动，这对未来的计算、通信和传感技术可能产生重大影响。 一百多年来，科学家们一直在研究光子、电子和其他亚原子粒子在微观尺度上的奇怪行为。工程师们也在努力利用这些引人入胜的相互作用来创造新技术，已有几十年的历史。 一种有趣的效应称为量子纠缠，当两个光子连接在一起时，其中一个光子的状态会立即反映另一个光子的状态，而不管它们之间的距离。 近80年前，阿尔伯特·爱因斯坦将这一效应称为“遥远的鬼魅作用”。如今，量子纠缠是全球研究的一个关键领域，特别是与量子信息的关键组成部分——量子比特（qubits）有关。 目前，生成光子对的最有效方法是通过可见晶体发送光。今天由哥伦比亚工程研究小组发布在《自然光子学》上的一项研究揭示了一种创新方法，可以生成这些光子对，利用显著更小的设备提高性能，同时消耗更少的能量。哥伦比亚工程机械工程副教授P.…

棉花虽然容易燃烧，但因其舒适性和透气性而成为最受欢迎的面料之一。德克萨斯州农工大学的研究人员发现了一种方法，通过用聚电解质复合物涂层来减少棉花的易燃性，仅需一步。这种可定制的涂层可以应用于各种纺织品，包括用于服装和家具的纺织品，并且可以通过传统的涂布-干燥技术轻松扩大规模，适合工业应用。这项突破有潜力大幅提升财产和生命的安全性。 “许多日常材料都是易燃的，开发一种安全的方法来提供防火保护是一个重大挑战，”德克萨斯州农工大学化学系研究生、该研究的主要作者玛雅·D·蒙特梅约尔表示。“该技术可以快速有效地抑制多种易燃材料的火焰，提供显著的安全优势，同时节约资源和拯救生命。” 传统上，使用聚电解质复合物制造阻燃涂层需要两道或更多步骤，这可能会增加应用可行涂层的时间和成本。 相比之下，这项最近发表在《ACS应用聚合物材料》上的研究，旨在仅使用一步就达到类似的效果。研究人员通过利用一种在正常条件下蒸发的挥发性碱解决了这一问题。使用氨作为这种碱时，在蒸发过程中降低pH值，促进棉花表面复合的形成（化学稳定复合物的形成）。尽管这种方法以前曾被提出，但直到现在还没有应用于创建阻燃处理。 这项研究为基于聚电解质的阻燃涂层的高效应用奠定了基础，并且可以轻松扩展。重要的是，该技术是水基的和无毒的，这使它不同于许多传统的阻燃解决方案。…

夜空一直是导航的重要因素，从最早的海上航行到今天的GPS系统。除了星星，美国海军还利用类星体作为导航标记。类星体是极为遥远的星系，内部包含超大质量黑洞，被极其炽热的旋转气体盘包围，这些气体盘可以发出强大的物质喷流。基于2020年发现的重要成果——识别出几种类星体中新形成的喷流，美国海军军官候选人奥利维亚·阿亨巴赫利用NASA的哈勃太空望远镜揭示了被称为J0742+2704的类星体的一些惊人特征。 夜空一直是导航的重要因素，从最早的海上航行到今天的GPS系统。除了星星，美国海军还利用类星体作为导航标记。类星体是极为遥远的星系，内部包含超大质量黑洞，被极其炽热的旋转气体盘包围，这些气体盘可以发出强大的物质喷流。基于2020年发现的重要成果——识别出几种类星体中新形成的喷流，美国海军军官候选人奥利维亚·阿亨巴赫利用NASA的哈勃太空望远镜揭示了被称为J0742+2704的类星体的一些惊人特征。 “最意想不到的发现是哈勃太空望远镜图像中清晰可见的螺旋形状。起初，我以为我可能犯了错误，”阿亨巴赫表示，她在为期四周的实习期间做出了这项发现。 “通常，我们将类星体视为成熟的星系，这些星系在经历了剧烈的合并后，积累了大量的质量，连同其中心的黑洞，使其形成椭圆形，”负责指导阿亨巴赫进行研究的海军研究实验室天文学家克里斯蒂娜·奈兰德解释道。 “发现一个拥有螺旋臂和质量超过4亿倍太阳的黑洞的类星体宿主星系——相当大——以及在二十年前未被发现的年轻喷流，确实很罕见且激动人心，”奈兰德评价道。…