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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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冰冻波浪下的秘密:探索冰冷的海洋世界

随着NASA的欧罗巴快船开始其令人瞩目的木星冰冻卫星欧罗巴的任务,德克萨斯A&M大学J. Mike Walker '66机械工程系的Matt Powell-Palm博士提出了开创性的研究,这可能重塑我们对整个太阳系冰冻海洋世界的理解。该研究发表在自然通讯上,由华盛顿大学的行星科学家Baptiste…

NASA和ESA卫星拍摄首张联合格林兰冰盖融化图像

研究人员成功利用来自ESA和NASA冰川卫星任务的数据,对格兰德冰盖厚度变化进行了初步评估。随着全球变暖,格兰德冰盖不断融化并更快流动,导致海平面上升并扰乱全球天气模式。因此,准确测量其不断演变的形状对于监测和应对气候变化的影响至关重要。 诺桑比亚大学的研究人员是一个全球团队的一部分,利用卫星数据观察格兰德冰盖厚度的变化。 气候变化加速了冰盖的融化,导致海平面上升,并改变全球的天气模式。 因此,准确测量其变化对于监测和适应气候变化的影响至关重要。 科学家们最近发布了关于格兰德冰盖厚度变化的首次测量,使用了CryoSat-2和ICESat-2的数据——这两个卫星任务分别来自ESA和NASA。…

“分子电子转移的量子模拟取得突破”

研究人员在模拟分子电子转移方面取得了重大突破,这一过程对许多物理、化学和生物现象至关重要。这项研究发表在《科学进展》上,展示了利用捕获离子量子模拟器对电子转移动力学进行建模的杰出灵活性,为分子电子学和光合作用等领域的研究开辟了新途径。 莱斯大学的研究人员在分子电子转移的模拟方面取得了重大突破,这一关键过程对许多物理、化学和生物现象至关重要。该研究发表在《科学进展》上,描述了如何利用捕获离子量子模拟器以非常优异的可调性来建模电子转移动力学,开辟了从分子电子学到光合作用等领域的新研究机会。 电子转移在细胞呼吸和植物能量捕获等过程中发挥着至关重要的作用,但由于复杂的量子相互作用,长期以来一直是科学家面临的复杂挑战。目前的计算方法通常无法充分代表这些过程。莱斯大学的跨学科团队,包括物理学家、化学家和生物学家,通过开发一个可编程量子系统来解决这些挑战,该系统能够独立控制电子转移中一些关键因素,如供体-受体能量间隙、电子和振动耦合以及环境耗散。 研究人员利用一个被限制在真空系统内的离子晶体,并使用激光光线进行操控,展示了模拟实时自旋动力学的能力,并评估了在不同条件下的转移速率。这些结果不仅确认了量子力学中的重要理论,还为光捕获系统和分子设备提供了新的视角。 主要研究者、物理与天文学助理教授Guido…

革命性材料为可持续和经济实惠的未来铺平了道路

研究人员推出了一种用于钠离子电池的创新材料,称为钠钒磷酸盐。这种新材料承诺提供比早期基于钠的替代品更高的电压和更大的能量容量。这一进展可能使钠离子电池成为相比锂离子电池更有效和经济的选择,因为它们利用的资源更丰富且成本更低。 尽管锂离子电池目前主导着智能手机、笔记本电脑和电动车等设备的市场,但关于它们未来可用性的担忧正在加剧。锂资源变得越来越稀缺、成本高昂且难以获取,地缘政治问题可能进一步复杂化其采购。因此,世界各地的科学家正在探索可行的替代品。 一个国际研究团队,包括来自休斯顿大学Canepa研究实验室的专家,开发了一种新的钠离子电池材料,提升了其效率和能量容量,引领我们朝着更可持续和经济的能源前景迈进。 新开发的材料钠钒磷酸盐(化学式为NaxV2(PO4)3)显著提高了钠离子电池的性能,将能量密度——每公斤存储的能量——提高了超过15%。这意味着能量密度从老款钠离子电池的396瓦时/公斤(Wh/kg)提升至458瓦时/公斤。这一进展使钠技术更接近于与锂离子电池的效率相抗衡。 “钠的成本几乎是锂的50倍,并且可以从海水中提取,使其成为广泛能源存储的更可持续选择,”休斯顿大学电气与计算机工程助理教授兼Canepa实验室首席研究员Pieremanuele…

释放地热含水层的绿色潜力:对质量保证的需求

一个研究团队强调了在使用含水层热能存储(ATES)系统之前评估地下水质量的重要性,并保持持续的水质检查,以确保安全的长期运行。 含水层热能存储(ATES)系统利用地热能作为可持续能源替代方案,有助于减少燃料使用和二氧化碳排放。该系统通过在地下含水层中储存热量,并利用地下水作为热传递介质,来实现工作。存储的热量可以按需取出,以根据季节高效调节建筑物的供热和降温。 ATES技术的实施主要正在欧洲扩展,预计在日本也会有更广泛的应用。然而,为了确保这些系统的可靠功能,必要进行持续的检查。 这种勤勉的需求在由大阪市立大学城市韧性研究中心的特聘教授增田春惠领导的研究团队发现大阪一家设施的ATES井管道发生堵塞时变得明显。 他们的研究表明,因错误地将通风口留打开,空气通过管道进入地热井,导致铁氧氢氧化物积聚。空气的意外引入创造了一个富氧的环境,使铁氧氢氧化物通过管道传播,导致堵塞、泄漏,以及不同深度的两个含水层的地下水意外混合。幸运的是,自然微生物活动能够清除堵塞并恢复地下水。…

革命性的基于光的天线将改变蜂窝通信监测

研究人员引入了一种新的生物传感方法,消除了使用电线的需要。这种创新的方法采用微小的无线天线,利用光来检测周围环境中的微小电信号。 追踪生物系统中的电信号帮助科学家们理解细胞间的通信,这可以增强对心律失常和阿尔茨海默病等疾病的诊断和治疗。 传统上,旨在捕获来自细胞培养物和其他液态环境中的电信号的设备依赖于将每个电极连接到放大器的电线。连接电线的数量限制了可用的记录位置数量,从而减少了可以从细胞中收集到的数据量。 麻省理工学院的研究人员开发了一种新的生物传感技术,完全避免使用电线。相反,小型无线天线利用光来检测微妙的电变化。 这些周围液体中的微小电变化影响着天线散射光的方式。通过采用一组微小的天线,每个天线的直径仅为人类头发的百分之一,研究小组成功测量了细胞之间交换的电信号,具有显著的空间精度。…

革命性防晒霜:双重作用配方,保护肌肤与降温舒缓

涂抹防晒霜对于保护皮肤免受有害紫外线的伤害至关重要,但通常不会帮助降温。最近研发出一种突破性的新配方,不仅可以阻挡紫外线,还通过一种称为辐射冷却的过程抵抗阳光的热量。这种创新的防晒霜能使人类皮肤比未保护的皮肤低至11华氏度(6摄氏度),并且比传统防晒霜低约6华氏度(3摄氏度)。 涂抹防晒霜对保护皮肤免受紫外线辐射的危害至关重要,但它并不能提供降温效果。然而,ACS的Nano Letters中介绍的一种新型配方有效地抵御紫外线和阳光热量,具有辐射冷却的特性。这种原型防晒霜使人类皮肤比光露皮肤低至11华氏度(6摄氏度),约比典型防晒霜低6华氏度(3摄氏度)。 辐射冷却的原理是通过反射或辐射热量以降低表面下方的温度。这项技术已经被用于制造冷却材料和涂层,这些材料可以降低或升高建筑物内的温度,与其他用途相比具有广泛应用。一些被动辐射冷却系统利用二氧化钛(TiO2),这种白色物质因其反射热量的特性而为人所知。尽管TiO2颗粒也存在于矿物防晒霜中用于UV保护,但其尺寸并不会产生降温效果。因此,Rufan Zhang及其同事旨在调整TiO2纳米颗粒的大小,以开发一种既能阻挡紫外线又能降温的防晒霜。…

革命性激光驱动神经元以无与伦比的速度模仿神经细胞功能

研究人员创造了一种基于激光的人工神经元,成功模拟了生物分级神经元的功能、动态及信息处理。这一发展可能为复杂计算的进步铺平道路。这种芯片基础的激光神经元以每秒速度比自然神经元快10亿倍,有潜力增强人工智能的功能,例如模式识别和序列预测。 研究人员成功实现了一种基于激光的人工神经元,该神经元准确反映了生物分级神经元的功能和处理能力。该新设备的信号处理速度为10 GBaud,速度比自然神经元快10亿倍,这可能会对人工智能和先进计算领域带来重大进展。 人类身体具有多种神经细胞,包括分级神经元,通过膜电位的连续变化来处理信息,从而实现精准信号传递。相比之下,生物脉冲神经元通过全或无的动作电位进行通信,导致通信方式更为二进制。 香港中文大学研究团队负责人黄朝然解释道:“我们的激光分级神经元显著超越了当前光子脉冲神经元的速度限制,甚至可能运行得更快。利用其类似神经元的非线性动态及快速处理能力,我们建立了一个展示在模式识别和序列预测等人工智能任务中卓越表现的储备计算系统。”…

解锁火星天气的秘密:现代科学家的探索

科学家正在重新塑造我们对火星气候和天气的看法,这反过来又为我们提供了对地球大气过程的重要见解。 休斯顿大学的研究人员取得了一项显著成就,重新定义了我们对火星气候和天气的理解,同时也为地球的大气提供了新的见解。 这一研究由休斯顿大学自然科学与数学学院物理系的研究生刘瑞(Larry Guan)领导,他的导师包括物理系的李明教授和地球与大气科学系的蒋迅教授,以及几位行星科学家,首次绘制出火星辐射能量预算(REB)的纬向剖面。该REB测量了在不同纬度上,吸收的太阳能量与释放的热能之间的平衡。全球能量过剩会导致变暖,而能量不足则会导致降温。火星REB的纬向剖面在塑造该星球的天气和气候模式中也起着至关重要的作用。 这项研究的结果已发表在AGU…

革命性融合:金属屏幕如何提升等离子体加热效率

科学家们进行了一系列计算机模拟,验证了一种消除不必要的电磁波生成的方法,从而增强了聚变等离子体的加热。 将等离子体加热到聚变反应所需的极高温度不仅仅是简单地调节温控器。研究人员评估了各种技术,其中一种技术是向等离子体中注入电磁波,类似于微波炉加热食物的方式。然而,产生一种加热波有时会导致同时生成另一种不利于加热等离子体的波,从而造成能量浪费。 为了解决这个问题,美国能源部(DOE)的普林斯顿等离子物理实验室(PPPL)的科学家们进行了计算机模拟,证实了一种抑制这些非有益波(称为慢模式)的产生的技术。此项进展增强了等离子体的加热,提高了聚变反应的效率。 PPPL的首席研究物理学家、该研究的主要作者金恩华表示:“这是首次利用二维计算机模拟研究减少慢模式产生的方法。这些发现可能为更高效的等离子体加热铺平道路,并有可能使聚变能量的追求更具可行性。” 研究团队包括来自通用原子公司(General…

大哈德龙对撞机的神秘奇迹

一对兄弟研究人员揭示,大型强子对撞机(LHC)在产生顶夸克时会产生一种被称为“魔法”的特性,顶夸克是已知的最重基本粒子。 这一发现发表于《物理评论D》杂志,具有重大意义,推动量子计算的发展,因为魔法是一个指标,表明经典计算机在量子系统中处理信息的难度。 阿德莱德大学物理、化学与地球科学学院的马丁·怀特教授指出:“随着魔法的增加,量子计算机准确描述行为的依赖性也随之增加。”他与他的双胞胎兄弟、伦敦玛丽女王大学的物理学家克里斯·怀特教授共同指导了这项研究。 怀特教授解释说:“研究量子系统的魔法特性可以为增强量子计算机的可行性和可能应用提供宝贵的见解。” LHC是全球最大的粒子加速器,拥有一个27公里周长的超导磁体环,通过这个环道,两束高能粒子在接近光速的情况下移动,直到它们发生碰撞。…

革命性的可持续能源:光化学水氧化的新纪元

水氧化是实现可持续能源的可行策略,通过有效地生产氧气。该研究深入探讨了如何优化Ru(II)光敏剂、金属氧化物催化剂和pH值,从而提高水分解效率。通过引入一种更简单的方法来评估催化剂性能,科学家们简化了设计更有效能源系统的过程。这些洞察对推进清洁能源解决方案和推动向可再生能源转型至关重要。 水氧化是实现可持续能源的可行策略,通过有效地生产氧气。该研究深入探讨了如何优化Ru(II)光敏剂、金属氧化物催化剂和pH值,从而提高水分解效率。通过引入一种更简单的方法来评估催化剂性能,科学家们简化了设计更有效能源系统的过程。这些洞察对推进清洁能源解决方案和推动向可再生能源转型至关重要。 随着世界向可持续和可再生能源转型,生产清洁能源的有效方法变得越来越迫切。想象一下一个未来,我们的家庭和城市由地球上最丰富的资源之一——水来供电。研究人员正在通过光化学水氧化这一技术,使这个愿景成为现实,该技术利用光分解水分子,释放氧气并创造清洁、可持续的能源。水氧化潜力巨大,但涉及不同催化剂的催化活性仍未得到充分理解。 为了真正充分利用这一潜力,东京科学研究所的研究人员在助理教授冈崎惠见的指导下,正在探索推动这一过程的驱动因素。他们的研究已于2025年1月16日在线发表在期刊Chem Catalysis上。这项工作揭示了影响水分解效率的基本组成部分,特别是Ru(II)光敏剂、金属氧化物(MOx)催化剂和变化的pH值的贡献。…