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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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宇宙发现:哈勃在星辰中揭示难以捉摸的“蓝色潜伏者”

  “蓝色潜伏者”这个术语可能会让人联想到漫画书中的反派形象,但它实际上指的是一种稀有类型的恒星,该恒星在NASA哈勃太空望远镜的研究中被发现,位于约2800光年外的开放星团M67。 利用哈勃数据进行的调查显示,这颗恒星经历了一个混乱的历史,曾与另外两颗恒星在一个有趣的三重星配置中进行引力交互。它与“蓝色滞后星”有相似之处,后者是看起来比平均热、亮、蓝的恒星,可能是由于恒星合并造成的。 蓝色潜伏者的旋转速率出乎意料地高,这在它的识别中发挥了关键作用。在视觉上,它类似于典型的类太阳恒星。“蓝色”这个标签可能是误导的,因为它的颜色与星团中相似质量的其他恒星相混合,因此被描述为在更常见的恒星中“潜伏”。 高旋转速率表明,蓝色潜伏者可能从附近的伴星吸收了物质,从而导致其旋转速度的增加。这种快速旋转最早是在NASA已退役的开普勒太空望远镜上被检测到的。虽然平均类太阳恒星完成一次旋转大约需要30天,但蓝色潜伏者仅需四天即可实现。…

来自附近超大质量黑洞的X射线闪烁神秘加速

天文学家观察到来自一个超大质量黑洞的X射线闪光,以不断加快的速度出现。其来源可能是一个处于黑洞边缘的死星核心,正处于摇摇欲坠的状态。 有一个超大质量黑洞使天文学家在过去几年中一直盯着他们的望远镜。首先是意外的消失,而现在,则是一场危险的旋转表演。 这个黑洞是1ES 1927+654,它的质量大约相当于一百万个太阳,位于距我们100百万光年的银河系中。2018年,麻省理工学院及其他地方的天文学家观察到黑洞的日冕——一团旋转的、炽热的等离子体云——突然消失,然后在几个月后重新聚集。这种短暂但戏剧性的关闭是黑洞天文学中的第一次。 麻省理工学院的研究小组现在捕捉到了同一个黑洞展现出更多的前所未见的行为。…

新研究揭示了对宇宙粒子加速器理解的突破

科学家们在理解无碰撞冲击波的过程上又向前迈进了一步——这种冲击波存在于宇宙的各个角落——它们能够将粒子加速到极端速度。 科学家们在理解无碰撞冲击波的过程上又向前迈进了一步——这种冲击波存在于宇宙的各个角落——它们能够将粒子加速到极端速度。 这些冲击波是自然界中最强大的粒子加速器之一,长期以来引起了科学家们的兴趣,因为它们在产生宇宙射线(即高能粒子,在太空中跨越巨大距离旅行)的过程中发挥了重要作用。 这项研究今天发表在《自然通讯》上,结合了来自美国国家航空航天局(NASA)MMS(磁层多尺度)和THEMIS/ARTEMIS任务的卫星观测以及最近的理论进展,提供了一个全面的新模型,以解释在无碰撞冲击环境中电子的加速。 论文《通过强化冲击加速揭示意外低的电子注入阈值》由国际学术团队撰写,团队由美国约翰·霍普金斯大学应用物理实验室的萨瓦斯·拉普提斯博士领导,并与诺森比亚大学的阿哈德·拉尔提博士合作。…

揭示潜在的宝藏:关键金属研究的突破

新的调查揭示了建立可持续经济所需的必需金属的潜在地点。 向可持续经济的转变要求我们获取更多如铜、稀土元素和钴等目前短缺的必需金属。因此,发现通过不同过程在未探索地区形成的新资源至关重要。 2025年1月8日,来自麦考瑞大学地球演化研究小组的陈春飞博士在《自然》上发表的新研究概述了古大陆核心边缘发现的关键金属的潜在位置及其积累过程。 陈博士解释道:“这些核心代表了板块的最厚的碗状部分。位于其中心下方的熔融材料倾向于上升并向外扩散,导致这些地区频繁的火山活动。” 地球演化小组之前进行的高压实验显示,在大约200公里深度形成的最初熔体富含碳酸盐,并且与大多数岩石熔体相比,其二氧化硅含量较低。…

使用超冷费米子探索二维中的非厄米皮肤效应

一支研究团队在量子模拟方面取得了显著成就,成功展示了超冷费米子在二维中的非厄米皮肤效应,代表了量子物理领域的重大进展。 由香港科技大学(HKUST)领导的研究团队成功实现了以超冷费米子为基础的二维非厄米皮肤效应的开创性量子模拟,标志着量子物理研究的重要进展。 量子力学通常处理与环境良好隔离的系统,解释各种现象,例如电子在固体中的行为以及信息在量子装置中的处理。这个框架通常需要一个具有实值可观察量的厄米模型(哈密顿量)。 然而,当量子系统与环境相互作用,交换粒子和能量时,模型的厄米特性会失效。在这种情况下,系统可以用非厄米哈密顿量更准确地描述。这种方法为量子信息处理、曲面空间、非平凡拓扑相甚至黑洞等领域提供了重要的见解。尽管如此,关于非厄米量子动力学的许多问题仍未解答,特别是在更高维度上。 与北京大学(PKU)合作,这两所大学的物理学家们探索了一种称为非厄米皮肤效应(NHSE)的迷人现象,其特征是在开放系统的边缘积累本征态。他们的成功演示是一个重要的里程碑,因为早期实验只能在低维或经典系统中复制非厄米皮肤效应,而不能在量子系统中实现。…

下一代有机太阳能电池:革命性的太空能量收集

放射测试表明,来自碳基或有机材料的太阳能电池在空间应用中的电力生成能力可能会超越传统的硅和砷化镓,据密歇根大学的研究所述。 放射测试表明,来自碳基或有机材料的太阳能电池在空间应用中的电力生成能力可能会超越传统的硅和砷化镓,据密歇根大学的研究所述。 之前的研究主要考察了有机太阳能电池在暴露于辐射后将光转换为电能的效果。然而,这项新的研究还探讨了导致性能下降的分子层级变化。 来自密歇根大学的首席研究员李永熙表示:“由于太阳的质子辐射,硅半导体在太空中不稳定。”他参与的研究将在《Joule》上发表。“我们评估了受质子影响的有机光伏,因为这些粒子已知对太空中的电子材料造成最严重的损害。” 太空任务通常利用砷化镓,因为它在抗质子损伤方面的效率和耐用性;然而,它的成本较高,且类似于硅,重量稍重且不够灵活。相比之下,有机太阳能电池更轻,并且可以制造成柔性。这项研究有助于探讨有机材料的可靠性,这对于更倾向于经过验证的选项的太空任务而言往往不太熟悉。…

革新合金设计:将腐蚀转变为可持续优势

合金化,作为将金属与各种元素混合的技术,一直是材料科学和冶金学的基础方面,能够创造具有定制特性的材料。相反,去合金化一直被视为一种破坏性过程,导致材料随着时间的推移而劣化,通过选择性地去除成分,进而损害其结构完整性。最近,来自马克斯·普朗克可持续材料研究所(MPI-SusMat)的研究人员将这两种看似对立的过程结合成一个名为和谐合成的创新概念。他们的研究发表在《科学进展》期刊上,展示了如何通过一种节能且无二氧化碳的方式,将合金化与去合金化结合起来,生产轻量化、纳米结构多孔马氏体合金。 晶体晶格中原子的排列决定了金属合金的微观结构,其位置和化学成分显著影响材料的性质。传统上,去合金化导致原子从这种晶格结构中流失,造成其降解。然而,MPI-SusMat团队提出了一个革命性的研究问题:去合金化的过程是否可以用于形成有利的微观结构? “我们的目标是应用去合金化方法从晶格结构中去除氧,通过创建并积累氧空位来操控孔隙率,”MPI-SusMat的洪堡研究员、研究的主要作者魏少娥博士说。“这种方法为制造轻质高强度材料开辟了新的途径。”他们方法的核心是反应气相去合金化——一种通过反应气环境从晶格中去除氧原子的技术。在该技术中,反应气氛“吸引”氧,选择性地从主晶格中提取它。该气氛中包含氨气,氨气既作为还原剂(由于含有氢)又作为氮供体,填充晶格中的空隙,从而改善材料性能。“氨的双重功能——去除氧的同时添加氮——是我们方法的一个重大创新,因为它为所有参与两种反应的原子分配了特定的角色,”MPI-SusMat的执行董事、研究相应作者迪尔克·拉贝教授解释说。 一步完成四个关键冶金过程 该团队的重大进展在于将四个关键冶金过程合并为一个反应器步骤:…

利用一台相机揭示航天器膜中的隐蔽缺陷

一个研究团队创造了一种方法,简化了对用于大型航天器的薄膜皱纹的测量,只需一台相机。 逃离地球引力需要大量的燃料和能量,这限制了火箭的载货能力,因此优化每克的重量至关重要。为了减轻重量,科学家们正在探索将薄膜作为轻质材料的使用。然而,它们像保鲜膜一样容易皱折,可能会妨碍其性能。因此,迫切需要能够准确测量这些变形的技术。 大阪市立大学工程研究生院的岩佐隆教授领导了一个项目,开发了一种评估薄膜上皱纹大小的方法,采用仅用一台相机的摄影测量技术。通过分析材料在受力前后的图像,研究人员可以测量皱纹的幅度和波长。他们在膜上打印测量点,任何这些点的偏移都会揭示变形的程度。 岩佐教授表示:“以前,此类测量需要多台相机,但我们的研究显示,利用单机设置的数据,我们可以有效地通过张力场理论来确定皱纹的大小。这项研究特别关注大型薄膜航天器,并预计将在相机安装空间受限的环境中发挥作用。” 该研究的结果已发表在Measurement期刊上。

为更绿色的明天铺路的催化剂:从氨中解锁氢气

科学家们开发了一种独特的催化剂,随着时间的推移增强其从氨中生产氢气的能力,并识别出了改善其效率的原子级变化。 来自诺丁汉大学化学学院的一个研究小组,与伯明翰大学和卡迪夫大学合作,创造了一种由微小的钌(Ru)簇组成的创新材料,这些钌纳米簇被置于石墨化碳上。这些钌纳米簇与氨分子相互作用,帮助将氨分解成氢和氮,这是生成绿色氢气的重要步骤。这项重要研究已发表在《化学科学》期刊上,该期刊是皇家化学学会的主要期刊。 氨气由于其高能量密度,作为一种零碳能源载体展现出巨大的潜力,能够在不久的将来支持可持续经济。开发快速和能效高的过程以根据需要将氨转化为氢(H₂)和氮(N₂)至关重要。虽然催化剂随着时间的推移失去效果是普遍现象,但催化剂的有效性随使用而提高则较为罕见。因此,了解影响催化剂活性变化的原子级过程对于创造未来的异相催化剂至关重要。 诺丁汉大学化学学院的副教授、研究团队的共同领导者耶苏姆·阿尔维斯·费尔南德斯博士解释道:“传统催化剂由纳米颗粒组成,其中大多数原子并不参与反应。我们的新方法涉及以单个原子为起点,组装成特定大小的簇。因此,我们可以在这些簇达到2-3纳米²的区域后停止其生长,确保大多数原子仍然位于表面,从而便于参与化学反应。在这项研究中,我们将这一技术应用于直接从支持碳的原子中生长钌纳米簇。” 该团队使用磁控溅射技术生产金属原子的流,以构建催化剂。这种方法不需要溶剂或额外试剂,允许创建一种干净且高效的催化剂。最大化催化剂的表面积可确保稀有元素如钌(Ru)的最有效利用。…

创新数学框架承诺增强隐私和更安全的人工智能使用

人工智能技术越来越多地被用于在线和现实生活中监控和跟踪个人,但这些工具伴随着重大风险。牛津互联网研究所、帝国理工学院和鲁汶大学的研究人员创建了一种新的数学模型,可以增强我们对与人工智能相关风险的理解,并支持监管机构保护个人隐私。这项研究已在《自然通讯》中公布。 人工智能技术越来越多地被用于在线和现实生活中监控和跟踪个人,但这些工具的有效性伴随着重大风险。来自牛津互联网研究所、帝国理工学院和鲁汶大学的研究人员推出了一种新的数学模型,旨在提高对与人工智能相关风险的理解,同时帮助监管机构确保个人隐私得到保护。这项研究的结果在《自然通讯》中发布。 该方法提供了一个坚实的科学框架,以评估身份识别技术,特别是在处理大量数据时。例如,它可以用于评估广告代码和微妙跟踪器如何使用最少的信息(如时区或浏览器设置)准确识别在线用户,这种技术被称为“浏览器指纹识别”。 牛津大学牛津互联网研究所的主要作者、资深研究员Luc Rocher博士表示:“我们的方法提供了一种新颖的视角来评估与数据传播相关的再识别风险,同时还允许在关键的高风险情况下评估现代身份识别方法。在医院、人道救助行动或边境控制等环境下,这些影响是巨大的,准确可靠的识别至关重要。”…

推出可持续性:追寻宇宙发展目标

一组国际研究人员呼吁建立一个新的第18个联合国可持续发展目标(SDG),专注于减少地球轨道上的太空垃圾。他们建议这个新的目标,SDG18,应借鉴现有的SDG14: 水下生命,利用管理海洋垃圾的策略,以防止太空危机在升级之前发生。 研究人员呼吁成立一个新的联合国可持续发展目标(SDG),旨在保护和可持续管理地球的轨道,特别是遏制太空垃圾的增长。 目前,联合国成员国于2015年设立了17个可持续发展目标,以激励全球采取行动对抗贫困,促进保护我们星球以造福后代,促进所有人的和平与繁荣。 然而,随着环绕地球的卫星和其他物体数量的增加,越来越多的担忧出现,如果没有全球协议,地球上以前无瑕的环境可能会不可逆转地改变。…

揭示声学气泡在创新未来应用中的潜力

一个研究团队已经确定了与声学微气泡的化学活性相关的一个关键因素,并注意到液体的温度与所产生的微气泡的温度之间存在联系。 活跃的气泡有各种应用,包括水净化和医疗用途。研究人员通过将液体暴露于强超声波下来制造微气泡——这一过程称为声化——它加热并压缩气泡。例如,当超声波使水中的气泡快速崩溃时,气泡内部的温度可以飙升至几千度,压力达到数百大气压。 这些气泡被称为活跃气泡或声学气泡。来自大阪市立大学的研究团队确定了评估这些微气泡的化学活性和温度的关键指标。 由可持续系统科学研究生院的冈津健二教授领导的研究显示,在水的声化过程中,氢气的产生是评估声学气泡化学活性更重要的指标,而不是水在热分解过程中形成的过氧化氢。 研究人员还对水性t-丁醇(一种三级醇)溶液进行了实验,以研究在超声波作用下产生的活跃气泡的温度和数量。他们发现,随着溶液温度和无机盐浓度的增加,活跃气泡的温度降低,同时生成的气泡数量也减少。…