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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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驶向更智能的明天：自动驾驶汽车的承诺

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研究人员正在致力于通过减少外部安装的传感器（如摄像头和激光雷达系统）造成的阻力来提高自动驾驶车辆（AVs）的空气动力学效率。他们创建了一个自动化计算系统，该系统将实验设计与替代模型和优化算法相结合，从而帮助优化这些传感器的形状。在对标准设计和优化设计进行模拟后，他们发现优化设计使自动驾驶车辆的整体空气动力学阻力降低了3.44%。 随着信息技术和人工智能的迅速发展，自动驾驶车辆（AVs）正变得越来越普及。技术发展到现在，这些车辆已被用于物流和低速公共交通服务。 虽然大量研究旨在增强控制算法以提高安全性，但对提高空气动力学效率的关注较少。提高空气动力学效率对于减少能源消耗和扩大行驶距离至关重要。因此，空气动力学阻力相关的问题正在阻碍自动驾驶车辆与传统车辆在加速能力上的匹配。 在《流体物理学》期刊上发表的一项研究中，中国武汉理工大学的一个团队专注于通过减轻外部安装传感器（如摄像头和激光雷达）的阻力来提高自动驾驶车辆的空气动力学性能，这些传感器对自动驾驶车辆的运行至关重要。 作者王一平指出：“外部安装的传感器显著提高了空气动力学阻力，尤其是增加了干扰阻力在总空气动力学阻力中的占比。”王还表示，理解传感器之间的相互作用以及其几何尺寸如何影响干扰阻力，对于在设计阶段全面优化传感器至关重要。…

展望可持续的明天：抗生素开发中的绿色革命

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枸杞是一种广为人知的超级食品，因其众多健康优势而受到赞誉，其中之一是其抗生素特性。研究人员最近发现了一种成功提取这些浆果中银纳米颗粒的方法。该过程涉及将枸杞果干燥、研磨和过滤，以生产提取物，然后与硝酸银 (AgNO3) 结合并还原。通过可视化方法验证了银纳米颗粒的存在，并对其抗微生物效果进行了测试。 随着可持续性在各个领域变得越来越重要，科学家们正在探索一种创新的天然来源，以生成抗菌银纳米颗粒 (Ag-NPs)——简单的枸杞。…

利用人工智能加速畜牧业甲烷减排工作

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一项最近的研究表明，生成性人工智能（AI）可以显著加快寻找减少动物养殖中牛所产甲烷排放的方法的过程。该养殖行业大约占美国农业的33%，并对国家整体温室气体排放贡献约3%。 “寻找应对牲畜甲烷排放的方法是一个关键问题。我们的研究人员正在应用创新的数据驱动方法，帮助肉牛生产者实现保护环境和促进更可持续农业未来的减排目标，”ARS主任刘西门表示。 一种有前景的方法始于牛的胃，在这里微生物在肠内发酵中起作用，导致牛通过正常消化释放甲烷。研究人员发现了一系列化合物，可以抑制牛的最大胃室——瘤胃中的甲烷生产，这可能有助于减少甲烷排放。 在这些化合物中，自然存在于海藻中的溴仿能够将牛的肠内甲烷生产减少80-98%。然而，溴仿被认定为一种致癌物，由于食品安全的担忧，限制了其在牛中的使用。因此，研究人员正在寻找其他不具毒性并具有抑制甲烷能力的化合物。然而，这种搜索通常耗时且费用昂贵。 为应对这些挑战，ARS牲畜营养管理研究组和爱荷华州立大学化工与生物工程系的一组科学家利用生成性AI配合大型计算模型，加速寻找无毒的溴仿替代物。…

革命性的食品保存：人工智能如何改变干燥技术以提高质量和效率

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食品干燥是一种广泛使用的技术，用于保存各种食品，如水果和肉类。然而，这一过程可能会改变食品的质量和营养成分。最近，研究人员提出了利用光学传感器和人工智能（AI）的先进方法，以提高干燥效率。一项新研究探讨了三种创新智能干燥技术，并为食品行业提供有用的见解。 食品干燥是一种广泛使用的方法，用于保存不同的食品，包括水果和肉类。然而，这种方法可能会改变食品的质量和营养价值。近年来，研究人员引入了使用光学传感器和人工智能的先进技术，以提高干燥效率。来自伊利诺伊大学厄本那-香槟分校的一项最新研究考察了三种创新的智能干燥技术，为食品行业提供了有价值的信息。 “传统的干燥方法需要取样以进行过程监测。相比之下，智能或精确干燥能够实时监测过程，提高了准确性和效率，”研究的主要作者、伊利诺伊大学农业、消费者和环境科学学院以及格兰杰工程学院农业与生物工程（ABE）系的助理教授穆罕默德·卡姆鲁扎曼解释道。 这篇论文回顾了现有的学术研究，涉及应用精确技术以提高食品行业智能干燥能力的各种设备。 重点关注三种光学传感技术——带有计算机视觉的RGB成像、近红外（NIR）光谱和近红外高光谱成像（NIR-HSI）。研究人员讨论了每种技术的工作原理、用途、优点和缺点。同时，他们还考察了行业中使用的标准干燥方法，如冷冻干燥、喷雾干燥、微波干燥和热风烘箱干燥，这些方法可与精确监测工具配合使用。…

从废物到财富：将工业废弃物转化为能源存储解决方案

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随着对电池基础能源存储的需求持续增长，摆脱金属基础技术将是实现更绿色能源未来的关键。一个研究小组成功将一种有机废弃副产品转化为可用于可持续能源应用的有效存储介质，这一技术最终可能大规模推广。 为我们的智能手机、电子设备甚至车辆提供动力的电池通常依赖于锂和钴等金属，这些金属通过广泛且破坏性的采矿过程获得。为了促进绿色能源转型，至关重要的是要从这些金属基础的能源存储解决方案过渡。 来自西北大学的一个团队将一种有机工业废弃产品重新利用，转化为可持续能源技术的高效存储介质，旨在未来实现更大规模的应用。这些电池被称为红氧还原流电池，目前有许多版本正在大规模能源存储的生产或研究中，但这项研究代表了在这一背景下首次使用废物分子三苯基膦氧化物（TPPO）。 每年，通过各种有机工业合成过程，包括某些维生素和其他产品的制造，都会产生大量这种众所周知的化学副产品，但它往往在生产后作为废物处置。 在最近发表在《美国化学学会期刊》（Journal…

探索迷人的相似之处：冥王星和卡戎的形成如何与我们地球-月球关系相似

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一名研究人员开发了复杂的模型，表明冥王星和卡戎的形成可能类似于地球-月球系统。这个比较突显了两个系统都具有一个相对较大的卫星，和它们的主行星相比，这与我们太阳系中的大多数其他卫星不同。这个理论也可能解释为什么冥王星显示出地质活动的迹象，并可能保留一个隐秘的海洋，同时位于太阳系的寒冷边缘。 一位来自西南研究所的NASA博士后研究员创建了先进的模型，表明冥王星和卡戎的起源与地球-月球系统相似。在这两种情况下，卫星是主星体大小的显著比例，这与太阳系中大多数卫星不同。这一情景可能进一步阐明冥王星的活跃地质和潜在的地下海洋，尽管它位于我们太阳系的冰冷边缘。 首席研究员阿丁·登顿（Dr. Adeene Denton）表示：“我们提出地球-月球系统始于一个类似火星大小的天体与地球发生碰撞，最终导致我们的大月球的形成。”她的研究结果发表于《自然地球科学》。…

创新的可打印激光滴显示器的制作方法

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筑波大学的研究人员揭示了一种用于快速生产激光光源的新技术，这种技术可以大规模生产。该方法利用喷墨打印机喷出能够发射激光光的液滴。通过向这些液滴施加电场，研究人员显示可以控制光的开关发射。此外，他们成功设计出一种紧凑的激光显示，通过在电路板上组织这些液滴实现。 电视、计算机和智能手机的显示技术在图像质量、清晰度和能效方面不断进步。预计激光显示将成为下一代模型。尤其是，激光显示预计在亮度和色彩准确性方面将超越传统的发光技术，如OLED和液晶显示。然而，为了使这些技术有效用作显示器，它们的组件必须比目前的状态更小型化并以更高密度配置。 这项研究揭示了喷墨打印机喷出的一种特定有机液体制成的液滴能够发射激光光。通过向这些液滴施加电场，可以开启和关闭其发射。每个液滴直径仅为30微米，使其能够在几厘米的区域内紧密堆积。当电场通过将液滴放置在两个电极之间施加时，其球形形状调整为椭球形，停止激光光的发射。这说明液滴作为可切换的“激光像素”工作。此外，研究人员发现他们可以单独控制这些液滴组成的2×3阵列中每个像素的激光输出。 预计电气设置和激光功能的进一步进展将大大促进未来商业激光显示的开发。 这项研究得到了日本科学技术厅（JST）提供的CREST（JPMJCR20T4）、FOREST（JPMJFR232J）和ACT-X（JPMJAX201J）以及来自日本学术振兴会（JSPS）和筑波大学DAAD-筑波伙伴关系计划（编号117235241）的各种其他资助的资金支持。

革命性RAM：低功耗高效能存储的未来

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研究人员创造了一种新技术，可以通过电压控制来切换磁化，这可能会导致先进计算存储器的发展。这种创新的方法使数据写入时的能量消耗最小化，同时确保存储器保持完整，适合未来需要可靠和稳定存储的技术。 近年来，针对传统随机存取存储器（RAM）局限性，各种计算设备的存储器类型得到了开发。其中一种显著的类型是磁阻RAM（MRAM），与标准RAM相比，它提供多项优势，如非易失性、高速性能、扩展存储容量和更好的耐用性。尽管MRAM技术取得了重大进展，但在数据写入过程中降低能量使用仍然是一个重要障碍。 最近，大阪大学的研究人员在Advanced Science上发表的一项研究介绍了一种新方法，用于MRAM设备在数据写入时最小化能量使用。这项创新技术允许基于电场的写入机制，其功耗低于当前的方法，可能作为传统RAM的替代品。 标准动态RAM（DRAM）设备由基本存储单元如晶体管和电容器组成，但被视为易失性，这意味着它们需要持续的能量供应来维持数据。相对而言，MRAM利用磁态，如磁化的方向，来写入和保存数据，这允许非易失性存储。…

揭示隐藏的星系：超越龙弧

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利用宇宙的“双重透镜”，天文学家识别出在一个距离如此遥远的星系中超过40颗独立恒星，这些光从宇宙只达到其目前年龄的一半时便已经 traveled到我们面前。 通常，在天文学中试图观测位于可观测宇宙一半的独立恒星是不现实的，类似于用双筒望远镜瞄准月球，希望能看到其陨石坑中的灰尘颗粒。然而，由亚利桑那大学斯图尔特天文台的天文学家组成的国际团队凭借一个显著的宇宙现象成功实现了这一目标。 该研究小组利用NASA的詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）观测到一个距离地球约65亿光年的星系，那个时候宇宙的年龄仅为其当前年龄的一半。得益于引力透镜效应和JWST卓越的光收集能力，团队得以在那个遥远的星系中发现众多独立恒星。 这一突破性发现发表在《自然天文学》期刊上，创造了在遥远宇宙中探测到的独立恒星数量的最大记录。这也为探讨宇宙最大的谜团之一——暗物质，开辟了新途径。…

数据中心的变革：光子开关的创新进展

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工程师们开发了一种紧凑、快速且高效的光子开关，该开关应用了量子力学原理，可能通过优化数据中心来增强流媒体和人工智能训练等各种应用。 每秒，巨量数据——相当于数千部电影同时下载——作为光通过光纤电缆在全球传输，就像在高速公路上行驶的汽车。当这些数据到达数据中心时，需要一个开关系统，就像交通灯对车辆的作用，以便有序处理。 以前，用于指引光信号的光子开关面临一个重大挑战——大小与速度之间的折衷。更大的开关可以支持更高的速度和更多的数据，但代价是更高的能量使用、增加的空间需求和更大的成本。 加速信息高速公路 最近，宾夕法尼亚大学工程与应用科学学院（Penn…

革命性技术识别核废料熔融炉中的危险盐类

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一种新方法用于检测核废料熔化器中的盐，可能会增强清理技术，特别是在汉福德工地，该工地被认为是世界上最大的、最复杂的核废料清理地点之一。研究人员利用两个探测器在玻璃化过程中识别硫酸盐、氯化物和氟化物盐的薄层，这一过程将核废料转化为玻璃。这些盐的产生可能对废物的处理和安全存储构成挑战。 一种新方法用于检测核废料熔化器中的盐，可能会增强清理技术，特别是在汉福德工地，该工地被认为是世界上最大的、最复杂的核废料清理地点之一。 在发表于Measurement期刊的一项研究中，来自华盛顿州立大学的研究人员利用两个探测器定位在玻璃化过程（将核废料转化为存储用玻璃的过程）中形成的硫酸盐、氯化物和氟化物盐的薄层。盐的积累对废物处理和存储构成问题。 “我们展示了一种监测盐开始形成的技术，”华盛顿州立大学的本科生和论文的共同作者约翰·巴西说道。“这允许对熔化器进行监测，以确定引入熔化的材料是否需要调整。” 玻璃化过程涉及在大型熔化器中将核废料加热到极高的温度。产生的玻璃随后被制成圆柱状，并固化以确保长期储存安全。…

革命性技术使对机械虫群的掌控成为可能

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新加坡南洋理工大学（NTU Singapore）、大阪大学和广岛大学的研究人员推出了一种复杂的算法，用于导航一群半机械化昆虫，确保它们在穿越困难地形时不会卡住。 正如在《自然通讯》上发表的文章中详细介绍的，这一新算法标志着集群机器人领域的显著进展。它在灾难响应、搜救行动和基础设施检查等多个领域中具有广阔的应用前景。 半机械化昆虫是真正的昆虫，其背部装有微型电子设备。这些设备包括不同的传感器，如光学和红外摄像头、电池和用于通信的天线，使其移动能够被远程控制以执行指定的任务。 单个半机械化昆虫的初步控制是在2008年由NTU…
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