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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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革新医疗:人工智能算法如何提升医学影像技术

  人工智能在提升医学影像数据的检查方面展现了巨大的潜力。例如,深度学习算法可以有效识别肿瘤的位置和尺寸。这一能力在全球医学影像分析的竞赛AutoPET中得到了强调,卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)的研究人员获得了第五名。AutoPET的前七个团队在《自然机器智能》期刊上分享了他们的发现,重点讨论这些算法如何成功识别正电子发射计算机断层扫描(PET)和计算机断层扫描(CT)中的肿瘤病灶。 影像学方法对于诊断癌症至关重要。准确识别肿瘤的位置、大小和类型对于选择合适的治疗方案至关重要。主要的影像学模式包括正电子发射计算机断层扫描(PET)和计算机断层扫描(CT)。PET使用放射性核素来展示体内的代谢活动,因为恶性肿瘤通常表现出比良性组织显著更高的代谢率。这通常通过放射性标记的葡萄糖实现,通常是氟-18脱氧葡萄糖(FDG)。CT通过使用X光逐片扫描身体,以可视化解剖结构并定位肿瘤。 自动化流程可提高效率和评估 癌症患者可能有许多病灶——由于肿瘤生长而出现的异常变化。为了进行全面评估,必须考虑所有这些病灶。目前,医生必须费时地标记二维切片图像来测量肿瘤大小,这非常耗时。“使用算法进行自动评估将显著节省时间并提高结果,”KIT人机交互实验室计算机视觉负责人Rainer…

革命性的时尚:可持续电子纺织品的激动人心的发展

一支研究团队已经证明可穿戴电子纺织品(电子纺织品)可以既可持续又可生物降解。 南安普顿大学和西英格兰大学(UWE Bristol)的研究人员展示了可穿戴电子纺织品(电子纺织品)可以是环保和可生物降解的。 在最近一项包括埃克塞特大学、剑桥大学、利兹大学和巴斯大学贡献的研究中,探索了一种新型可持续的全喷墨打印、环保电子纺织品的方法。该倡议被称为“智能、可穿戴和环保的电子纺织品”,简称“SWEET”。 研究结果已在《能源与环境材料》杂志上发表。…

可持续药物氯化合物生产的创新绿色化学方法

氯在我们的日常生活中至关重要,涉及从游泳池维护到食品保存的方方面面。最近,莱斯大学的一组化学家创建了一种更环保的方法,将氯融入用于药物、塑料、杀虫剂和其他重要产品的化学结构,同时降低成本。该研究于1月2日发表在《自然合成》上。 在化学助理教授、德克萨斯州癌症预防与研究所(CPRIT)学者朱利安·韦斯的指导下,研究团队设计了一种光催化方法。该过程依赖于由柔和的蓝光激活的铁和硫催化剂,将氯原子引入有机化合物中。这种新方法消除了对传统氯化过程中常涉及的强腐蚀性化学品或高温的依赖,通常这些传统方法会产生难以去除的副产品。 韦斯解释道:“我们的技术利用可持续和经济的催化剂,同时在室温下在温和的蓝光下工作。这种方法为分子氯化提供了一种有针对性和高效的方式,避免了传统方法带来的环境和净化问题。” 这种新方法的一个显著好处是它能够精确控制氯在分子上的添加位置,这被称为反马克尼科夫氯化。这种精确的定位导致了高度纯净的产品,因为氯选择性地附着在起始化合物的反应性较低的部分。这种策略还使化学家能够绕过额外的净化过程,这些过程通常耗时且昂贵。 研究人员还在该技术中引入了一个新成分:使用重水添加氘,一种稳定的氢形式。这一加入可能增强某些药物的稳定性,使其在体内更长时间保持有效。…

增强红外传感器的未来

研究人员成功创造了一种新型红外光电二极管,在1.55微米的波长下,其灵敏度比其他由锗材料制成的元件提高了35%,这一波长是电信中的关键波长。 红外光的探测在众多技术中发挥着重要作用,从遥控器到自动对焦机制、自驾车和虚拟现实头盔。因此,提升红外传感器(例如光电二极管)的性能可能带来实质性的优势。 来自阿尔托大学的研究团队打造了一种创新的红外光电二极管,在1.55微米处展现出35%的响应度提升,显著优于传统的基于锗的设备。其主要优势之一是,这项新技术可以采用现有的生产方法制造,使其成为广泛应用的实用选择。 阿尔托大学的教授海勒·萨文表示:“从最初的概念到证明其有效性,我们在这个项目上投入了八年的时间。” 主要概念是使用锗而不是通常使用的铟镓砷来制造光电二极管。锗光电二极管成本较低,并且可以无缝融入当前的半导体制造过程。然而,以前的锗光电二极管在有效捕捉红外光方面存在挑战。…

利用纳米管捕获水处理中的类固醇激素

  类固醇激素是水环境中常见的微污染物之一。它们对人类健康构成显著风险,并可能破坏生态稳定性。卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)的研究人员探索了利用配备碳纳米管膜的电化学膜反应器降解这些激素的方法。他们的研究结果表明,类固醇激素在碳纳米管上的吸附过程并不妨碍激素之后的降解。他们的研究成果已在自然通讯中发表。 确保获得清洁水源是全球面临的一项重大挑战。废水中通常含有各种微污染物——包括有机和无机物——虽然浓度较低却仍然对人类健康和环境造成危害。内分泌干扰化学物质,例如在药物和避孕药中发现的类固醇激素,尤其具有显著风险,因为它们可能干扰激素功能。尽管这些物质在水中难以检测,但它们可能对人类健康产生严重影响,并扰乱水生生态系统。 氧化有助于微污染物去除 传统水处理方法在检测或去除类固醇激素方面存在困难。然而,电化学氧化(EO)正在成为去除它们的可行解决方案;EO系统包含一个阳极和一个阴极,并连接到外部电源,其中电极上的不同电能导致污染物在阳极表面氧化和降解。电化学膜反应器(EMR)进一步提高了EO的效率,它利用导电膜作为流动电极,促进更好的质量传递和反应位点的可达性。…

减少动物与车辆碰撞的创新解决方案:利用科技与生态洞察

利用现场传感器、先进的生态建模技术和深度学习技术,法国的一个研究团队创建了一种评估运输路线动物与车辆碰撞风险的方法。这一发展可能有助于未来与智能基础设施结合的自动驾驶汽车的碰撞管理。 动物与车辆的碰撞对保护倡议和公共安全构成严重风险,并为交通基础设施运营商和用户造成重大成本。 来自法国的研究团队利用日益增多的集成到交通系统中的传感器以及其数字对应物的发展,建立了一种旨在减少动物与车辆碰撞的方法。该项目集中在通过设置相机陷阱网络来绘制火车与大型哺乳动物(如梅花鹿和野猪)之间的碰撞风险图。 该研究由来自法国OïkoLab和TerrOïko的西尔万·穆勒拉和莉雅·波特雷尔领导,发表在开放获取期刊自然保护上。 该方法首先使用生态建模软件模拟在交通基础设施内外动物最可能的运动。这有助于识别动物预计穿越基础设施的位置。…

革命性技术将电子废物转化为珍贵黄金

一组研究人员提出了一种创新技术,从电子废物中提取黄金,并将其用作催化剂,将二氧化碳(CO2)这种有害温室气体转化为有机物质。 来自康奈尔大学的研究团队创造了一种从电子废物中提取黄金的方法,随后将回收的贵金属用作催化剂,将二氧化碳(CO2)这种温室气体转化为有机材料。 这种方法可以为管理每年估计产生的5000万吨电子废物提供一种可持续的解决方案,目前仅有20%被回收,阿米尔·扎德哈纳扎里(Amin Zadehnazari)指出,他是一名在专注于食品化学和成分技术的阿里雷扎·阿巴斯普尔拉德教授指导下的博士后研究员。 扎德哈纳扎里开发了两种连烯键共价有机框架(VCOFs)来从废弃电子设备的电路板中提取金离子和纳米颗粒。其中一种框架成功捕获了99.9%的黄金,同时尽量少地提取其他金属,如镍和铜。…

呼啦圈的艺术:通过数学掌握重力

呼啦圈是一项众所周知的活动,但它引发了诸如“是什么让呼啦圈违抗重力?”和“某些身体类型是否在呼啦圈方面表现更突出?”等有趣问题。一组数学家研究了这些问题,得出了可以提高能量利用率和改善机器人定位系统的发现。 呼啦圈是一项众所周知的活动,但它引发了诸如“是什么让呼啦圈违抗重力?”和“某些身体类型是否在呼啦圈方面表现更突出?”等有趣问题。一组数学家研究了这些问题,得出了可以提高能量利用率和改善机器人定位系统的发现。 这些发现是关于呼啦圈背后的物理学和数学的首次全面分析。 “我们的兴趣集中在哪些身体运动和形状可以有效维护环的高度,以及相关的身体需求和限制,”纽约大学Courant数学科学研究所的副教授兼这项研究主要作者Leif Ristroph说,研究成果发表在《国家科学院学报》上。…

利用先进的氧化铈热开关转变温度控制

基于创新氧化铈的热开关展示出卓越的性能,以环保和高效的解决方案彻底改变热流管理。 热开关通过电信号管理热传递,对于增强先进热管理系统至关重要。过去,电化学热开关在有效性方面面临限制,阻碍了它们在电子、能源和废热回收等领域的广泛应用。 由北海道大学电子科学研究所的太田浩道教授领导的研究团队提出了一种独特的方法,采用氧化铈(CeO2)薄膜作为这些热开关的核心材料,提供了一种高效且环保的替代方案。他们的研究成果发表于《科学进展》期刊。 该团队展示了基于CeO2的热开关的性能可以超越以前的标准。太田指出:“我们创新的设备具有5.8的开/关热导率比和10.3 W/m·K的热导率切换范围,为电化学热开关设定了新的标准。它在关闭状态下的热导率为2.2…

解读谜团:追踪快速射电爆发的根源

天文学家已经追踪到至少一个快速射电暴(FRB)的来源,这是一种来自极其密集物体的突然而强烈的无线电波释放。他们的创新方法也可能揭示其他FRB的起源。 快速射电暴是来自高度紧凑物体(如中子星和可能的黑洞)的强烈、短暂的无线电波释放。这些瞬态事件仅持续约千分之一秒,辐射出巨大的能量,能够短暂超越整个星系。 自2007年发现第一个快速射电暴以来,天文学家已经识别出成千上万的这种现象,源头从我们银河系内部到远至80亿光年。导致这些宇宙无线电发射现象的确切机制仍不确定。 最近,麻省理工学院的一个天文学家团队利用一种创造性技术绘制了至少一个快速射电暴的起源,这可能为其他FRB提供见解。他们的发现发表在《自然》杂志上,聚焦于FRB 20221022A,这是他们从大约2亿光年外的一个星系探测到的。…

革命性突破:工程师揭示开创性的“全光学”纳米尺度力传感器

研究人员揭示了在新纳米尺度力传感器开发方面的突破。这些创新的发光纳米晶体在施加力(通过推或拉)时可以调整其亮度和/或颜色。被称为“全光学”纳米传感器,它们可以仅通过光进行分析,从而实现完全无线的读出,而无需物理连接。 测量机械力对于许多物理和生物活动至关重要。从机器人技术和细胞生物物理学到医学和太空探索,各种应用对高灵敏度和空间精度的远程捕获机械信号有迫切需求。虽然纳米尺度的发光力传感器能够有效检测皮牛顿级别的力,但较大的传感器在微牛顿测量中效果良好。然而,远程记录地下或边界区域的力幅度存在显著差距,迄今为止,没有单一传感器成功测量复杂系统所需的宽动态范围。 高度响应的纳米尺度传感器用于力检测 在最近发表在《自然》杂志上的一篇论文中,哥伦比亚大学工程学院的一个研究团队与合作者揭示了他们新开发的纳米尺度力传感器。这些发光纳米晶体在施加力时表现出亮度或颜色的变化。由于它们被归类为“全光学”,这些纳米传感器可以仅使用光进行远程操作,从而消除了有线连接的需要。 该团队由机械工程副教授吉姆·舒克和博士后研究员娜塔莉·法尔迪安-梅拉梅德领导,与劳伦斯伯克利国家实验室的科恩和陈团队合作,报道他们的纳米传感器展示了在类似技术中最高的检测灵敏度和最广泛的动态范围。它们的灵敏度比当前依赖稀土离子的纳米颗粒高出100倍,并且在力的操作范围上超过四个数量级,使之比先前的光学纳米传感器高出10到100倍。…

革命性化学成像:增强拉曼显微镜在冷冻固定样品中的强大应用

一支研究团队揭示了一种拉曼显微镜方法,其产生的图像比传统拉曼技术获得的图像亮度高出多达八倍。通过对冷冻生物样本进行成像,他们最小化了在长时间采集过程中材料运动造成的噪声。这一进展预计将通过在不需要染色的情况下实现高分辨率图像和化学数据收集,提升对各个生物科学领域的认识。 深入了解我们体内分子和细胞的行为对医学进步至关重要。这导致人们不断努力获取那些肉眼看不见现象的更清晰图像。在最近发表在Science Advances上的一项研究中,大阪大学的研究人员介绍了一种通过拉曼显微镜产生高清图像的方法。 拉曼显微镜在成像生物样本方面具有优势,因为它可以提供关于参与身体功能的特定分子(如蛋白质)的化学见解。然而,这些生物样本发出的拉曼信号非常微弱,常常因背景噪声压倒性而变得无效,从而导致图像质量不佳。 研究人员设计了一种显微镜,能够在成像过程中保持之前冷冻样本的同一温度。这一创新使得生成的图像亮度高出以前使用拉曼显微镜创建的图像多达八倍。…