国外一本计算机系统教程：《深入系统》（），作者为来自西点军校与斯沃斯莫尔学院的博士。

国外一本计算机系统教程：《深入系统》（），作者为来自西点军校与斯沃斯莫尔学院的博士。 教程将从 C 语言展开，带你了解 C 语言调试工具、二进制、冯诺依曼结构、汇编、代码优化、共享内存等相关知识 ​​​

超级计算机破解超级钻石合成密码

超级计算机破解超级钻石合成密码 超级计算机模拟预测了难以捉摸的 BC8"超级金刚石"的合成途径，其中涉及金刚石前驱体的冲击压缩，为正在 NIF 进行的"发现科学"实验提供了灵感。资料来源：Mark Meamber/LLNL钻石是已知最坚硬的材料。然而，据预测，另一种形式的碳甚至比钻石更坚硬。挑战在于如何在地球上制造它。八原子体心立方（BC8）晶体是一种独特的碳相：不是金刚石，但非常相似。据预测，BC8 是一种更坚固的材料，其抗压性能比金刚石高出 30%。据信，富碳系外行星的中心就有这种晶体。如果能在环境条件下回收 BC8，它就可以被归类为超级钻石。理论启示与实验挑战根据理论预测，在超过 1000 万个大气压的压力下，这种碳的结晶高压相是最稳定的碳相。南佛罗里达大学（USF）物理学教授、最近发表在《物理化学通讯》（The Journal of Physical Chemistry Letters）上的一篇论文的资深作者伊万-奥利尼克（Ivan Oleynik）说："在环境条件下，碳的BC8相将是一种新的超硬材料，可能比金刚石更坚硬。"地外联系劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）科学家马里乌斯-米洛特（Marius Millot）说："尽管为合成这种难以捉摸的碳晶相做出了无数努力，包括之前的国家点火装置（NIF）活动，但至今仍未观测到这种碳晶相。"但我们相信，富碳系外行星中可能存在这种物质。"最近的天体物理观测表明，系外行星中可能存在富碳行星。这些天体具有相当大的质量，在其内部深处承受着高达数百万个大气压的巨大压力。了解 BC8 的独特性能Oleynik说："因此，这些富碳系外行星内部的极端条件可能会产生钻石和BC8等碳的结构形式。因此，深入了解BC8碳相的特性对于开发这些系外行星的精确内部模型至关重要。"BC8 是硅和锗的高压相，可在环境条件下恢复，理论表明 BC8 碳也应在环境条件下保持稳定。 LLNL 科学家兼合著者 Jon Eggert 说，钻石之所以如此坚硬，最重要的原因是钻石结构中四个最近邻原子的四面体形状与元素周期表中第 14 列元素（从碳开始，然后是硅和锗）中四个价电子的最佳配置完全吻合。合成 BC8 的途径埃格特说："BC8结构保持了这种完美的四面体近邻形状，但没有钻石结构中的裂隙面，"他同意奥莱尼克的观点，"在环境条件下，BC8碳相可能比钻石更坚硬"。通过在全球速度最快的超大规模超级计算机"Frontier"上进行数百万次原子分子动力学模拟，研究小组发现了金刚石在极高压下的极端陨变性，大大超出了其热力学稳定性范围。成功的关键在于开发出了非常精确的机器学习原子间势，它能在各种高压和高温条件下以前所未有的量子精度描述单个原子之间的相互作用。Oleynik说："通过在基于GPU（图形处理单元）的前沿技术上高效地实现这一潜能，我们现在可以在实验时间和长度尺度的极端条件下精确地模拟数十亿碳原子的时间演化。我们预测，只有在碳相图的一个狭窄的高压、高温区域内，才能通过实验获得后金刚石 BC8 相。"BC8 研究的未来前景其意义是双重的。首先，它阐明了以往实验无法合成和观察难以捉摸的 BC8 碳相的原因。这一限制源于 BC8 只能在非常狭窄的压力和温度范围内合成。此外，该研究还预测了可行的压缩途径，以进入这一高度受限的领域，从而实现 BC8 的合成。目前，Oleynik、Eggert、Millot 和其他人正在合作，利用 NIF 上的"发现科学"镜头分配来探索这些理论途径。该团队梦想着有一天能在实验室中培育出 BC8 超级金刚石，只要他们能合成这种相，然后将 BC8 种子晶体恢复到环境条件下。编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

新研究揭示重新配置的经典计算机有能力超越量子计算机

新研究揭示重新配置的经典计算机有能力超越量子计算机 量子计算被誉为一种在速度和内存使用方面都能超越经典计算的技术，有可能为预测以前不可能预测的物理现象开辟道路。许多人认为，量子计算的出现标志着经典或传统计算模式的转变。传统计算机以数字比特（0 和 1）的形式处理信息，而量子计算机则采用量子比特（量子位），以 0 和 1之间的数值存储量子信息。在某些条件下，这种以量子位处理和存储信息的能力可用于设计量子算法，从而大大超越经典算法。值得注意的是，量子以 0 和 1 之间的数值存储信息的能力使得经典计算机很难完美地模拟量子计算机。然而，量子计算机很不稳定，容易丢失信息。此外，即使可以避免信息丢失，也很难将其转化为经典信息，而经典信息是进行有用计算的必要条件。经典计算机不存在这两个问题。此外，巧妙设计的经典算法可以进一步利用信息丢失和翻译这两个难题，以比以前想象的要少得多的资源模拟量子计算机正如最近发表在《PRX Quantum》杂志上的一篇研究论文所报告的那样。科学家们的研究结果表明，与最先进的量子计算机相比，经典计算可以通过重新配置来执行更快、更精确的计算。这一突破是通过一种算法实现的，这种算法只保留了量子态中存储的部分信息只够精确计算最终结果。纽约大学物理系助理教授、论文作者之一德里斯-塞尔斯（Dries Sels）解释说："这项工作表明，改进计算的潜在途径有很多，包括经典方法和量子方法。此外，我们的工作还凸显了利用容易出错的量子计算机实现量子优势有多么困难。"为了寻求优化经典计算的方法，塞尔斯和他在西蒙斯基金会的同事们把重点放在了一种能忠实呈现量子比特之间相互作用的张量网络上。这些类型的网络出了名的难处理，但该领域的最新进展使得这些网络可以借用统计推理的工具进行优化。作者将该算法的工作与将图像压缩成 JPEG 文件进行了比较，JPEG 文件可以通过消除信息，在几乎感觉不到图像质量损失的情况下，使用更少的空间来存储大型图像。"为张量网络选择不同的结构，就相当于选择不同的压缩形式，就像为图像选择不同的格式，"领导该项目的 Flatiron 研究所约瑟夫-廷德尔（Joseph Tindall）说。"我们正在成功开发用于处理各种不同张量网络的工具。这项工作反映了这一点，我们相信，我们很快就会进一步提高量子计算的标准。"编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

超越二进制：怀俄明大学研究人员用二维磁性器件实现类脑概率计算机

超越二进制：怀俄明大学研究人员用二维磁性器件实现类脑概率计算机 访问：Saily - 使用eSIM实现手机全球数据漫游 安全可靠 源自NordVPN 磁控技术的突破怀俄明大学的一个研究小组创造了一种创新方法，可以控制超薄二维范德华磁体中的微小磁态这一过程类似于打开电灯开关控制灯泡。怀俄明大学物理与天文学系助理教授、量子信息科学与工程中心临时主任田纪发说："我们的发现可能会带来存储更多数据、功耗更低的先进存储设备，或者能够开发出全新类型的计算机，快速解决目前难以解决的问题。"怀俄明大学物理与天文系助理教授、量子信息科学与工程中心临时主任田纪发。资料来源：怀俄明大学田是一篇题为"Tunneling current-controlled spin states in few-layer van der Waals magnets"的论文的通讯作者，该论文于5月1日发表在《自然通讯》（Nature Communications）上。了解范德华材料范德瓦耳斯材料由结合力较强的二维层组成，这些二维层通过较弱的范德瓦耳斯力在三维空间结合在一起。例如，石墨就是一种范德华材料，在工业中广泛用于电极、润滑剂、纤维、热交换器和电池。研究人员可以利用层间范德华力的性质，使用Scotch胶带将层间剥离成原子厚度。研究小组开发了一种被称为磁隧道结的装置，它使用三碘化铬一种只有几个原子厚的二维绝缘磁体夹在两层石墨烯之间。通过向夹层发送微小的电流（称为隧道电流），磁铁的磁畴（大小约为100纳米）方向就能在单个三碘化铬层中得到控制。磁自旋控制的进展具体来说，"这种隧道电流不仅能控制两个稳定自旋态之间的切换方向，还能诱导和操纵瞬变自旋态之间的切换，即随机切换。这一突破不仅引人入胜，而且非常实用。与传统方法相比，它的能耗要低三个数量级，就像把旧灯泡换成发光二极管一样，这可能会改变未来技术的游戏规则，"田说。"我们的研究可以开发出比以往更快、更小、更节能、更强大的新型计算设备。我们的研究标志着二维极限磁学的重大进展，并为新型、功能强大的计算平台（如概率计算机）奠定了基础。"开发概率计算机传统计算机使用比特将信息存储为 0 和 1。这种二进制代码是所有传统计算过程的基础。量子计算机使用量子比特，可以同时表示"0"和"1"，从而成倍提高处理能力。田说："在我们的工作中，我们开发出了你可能认为是概率位的东西，它可以根据隧道电流控制概率在'0'和'1'（两种自旋状态）之间切换。这些比特基于超薄二维磁体的独特特性，能以类似大脑神经元的方式连接在一起，形成一种新型计算机，即概率计算机。"新技术带来计算革命"这些新型计算机之所以具有潜在的革命性意义，是因为它们能够处理对传统计算机甚至量子计算机来说都极具挑战性的任务，例如某些类型的复杂机器学习任务和数据处理问题，它们具有天然的容错性，设计简单，占用空间较小，这可能会带来更高效、更强大的计算技术"。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学家研制出世界上首个3D打印 "大脑模型"

科学家研制出世界上首个3D打印 "大脑模型" 在维也纳医科大学和维也纳工业大学的一个联合项目中，开发出了世界上第一个三维打印的"大脑模型"，该模型以脑部纤维结构为模型，可以使用一种特殊的磁共振成像（dMRI）进行成像。由维也纳医科大学和维也纳工业大学领导的科研团队在一项研究中表明，这些大脑模型可用于推进神经退行性疾病（如阿尔茨海默氏症、帕金森氏症和多发性硬化症）的研究。这项研究成果发表在《先进材料技术》（Advanced Materials Technologies）杂志上。磁共振成像（MRI）是一种广泛使用的诊断成像技术，主要用于检查大脑。核磁共振成像可在不使用电离辐射的情况下检查大脑的结构和功能。在磁共振成像的一种特殊变体扩散加权磁共振成像（dMRI）中，还可以确定大脑中神经纤维的方向。然而，在神经纤维束的交叉点很难正确确定神经纤维的方向，因为不同方向的神经纤维会在那里重叠。为了进一步改进流程以及测试分析和评估方法，一个国际团队与维也纳医科大学和维也纳工业大学合作开发了一个所谓的"大脑模型"，该模型是利用高分辨率三维打印工艺制作的。带有微通道的小立方体维也纳医科大学的研究人员作为核磁共振成像专家，维也纳工业大学的研究人员作为三维打印专家，与苏黎世大学和汉堡大学医疗中心的同事密切合作。早在2017年，维也纳工业大学就开发出了一种双光子聚合打印机，可以实现升级打印。在此过程中，还与维也纳医科大学和苏黎世大学共同开展了脑模型的使用案例研究。由此产生的专利构成了脑模型的基础，该模型现已开发完成，并由维也纳工业大学的研究与转让支持团队负责监督。从外观上看，这个幻影与真正的大脑并无太大区别。它要小得多，形状像一个立方体。它的内部是非常细小的、充满水的微通道，大小与单个颅神经相当。这些通道的直径比人的头发丝还要细五倍。为了模仿大脑中精细的神经细胞网络，第一作者迈克尔-沃莱茨（Michael Woletz）（维也纳医科大学医学物理和生物医学工程中心）和弗兰兹斯卡-查鲁帕-甘特纳（Franziska Chalupa-Gantner）（维也纳工业大学3D打印和生物制造研究小组）领导的研究小组使用了一种相当不寻常的3D打印方法：双光子聚合。这种高分辨率方法主要用于打印纳米和微米级的微结构，而不是打印立方毫米级的三维结构。为了为 dMRI 制作合适尺寸的模型，维也纳科技大学的研究人员一直在努力扩大三维打印工艺的规模，以便能够打印出具有高分辨率细节的更大物体。高比例三维打印为研究人员提供了非常好的模型，在 dMRI 下观察时，可以确定各种神经结构。Michael Woletz 将这种提高 dMRI 诊断能力的方法与手机相机的工作方式进行了比较："我们看到，手机相机在摄影方面取得的最大进步并不一定是新的、更好的镜头，而是改进所拍摄图像的软件。dMRI 的情况也类似：利用新开发的大脑模型，我们可以更精确地调整分析软件，从而提高测量数据的质量，更准确地重建大脑神经结构。"改进 dMRI分析软件因此，真实再现大脑中的特征神经结构对于"训练"dMRI 分析软件非常重要。使用三维打印技术可以创建可修改和定制的各种复杂设计。因此，大脑模型描绘的是大脑中产生特别复杂信号并因此难以分析的区域，如交叉的神经通路。因此，为了校准分析软件，需要使用 dMRI 对大脑模型进行检查，并像分析真实大脑一样分析测量数据。由于采用了三维打印技术，模型的设计是精确可知的，分析结果也可以检查。作为联合研究工作的一部分，维也纳医科大学和维也纳理工大学已经证明了这一点。所开发的模型可用于改进 dMRI，从而有利于手术规划和神经退行性疾病（如阿尔茨海默氏症、帕金森氏症和多发性硬化症）的研究。尽管概念得到了验证，但团队仍然面临着挑战。目前最大的挑战是扩大这种方法的规模："双光子聚合的高分辨率使得打印微米和纳米范围的细节成为可能，因此非常适合颅神经成像。但与此同时，使用这种技术打印一个几立方厘米大小的立方体也需要相应的时间，"Chalupa-Gantner 解释说。"因此，我们不仅要开发更复杂的设计，还要进一步优化打印过程本身"。编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

研究人员利用具有光反馈功能的VCSEL阵列开发出一台计算机

研究人员利用具有光反馈功能的VCSEL阵列开发出一台计算机 我们先来了解伊辛问题。它的原理如下：想象一下，把一个问题表示成一个图，图中的节点由边连接。每个节点都有两个状态，要么+1，要么-1，代表潜在的解决方案。我们的目标是根据"哈密顿"的概念，找到使系统总能量最小的配置。在伊辛计算机中（此处以 4 位为例），所有变量都在并行地朝着一个解决方案演进。来源：作者 doi: 10.1117/1.JOM.4.1.014501为了高效求解伊辛哈密顿方程，研究人员正在探索能够超越传统计算机的物理系统。一种很有前景的方法是使用基于光的技术，将信息编码成偏振状态、相位或振幅等属性。通过利用干涉和光反馈等效应，这些系统可以快速找到正确的解决方案。在发表于《光学微系统杂志》（Journal of Optical Microsystems）上的一项研究中，新加坡国立大学和新加坡科学技术研究局的研究人员探讨了利用垂直腔面发射激光器（VCSEL）系统来解决伊辛问题。在这个装置中，信息被编码在 VCSEL 的线性偏振态中，每个态对应一个潜在的解决方案。激光器相互连接，它们之间的相互作用编码了问题的结构。研究人员在 2 位、3 位和 4 位 Ising 问题上测试了他们的系统，发现结果很有希望。不过也发现了一些挑战，例如需要最小的 VCSEL 激光各向异性，这在实践中可能很难实现。尽管如此，克服这些挑战可能会产生一种基于 VCSEL 的全光学计算机架构，能够解决目前传统计算机无法解决的问题。参考文献：Brandon Loke、Zifeng Yuan、Soon Thor Lim、Aaron Danner 于 2023 年 12 月 28 日发表的《使用光注入锁定 VCSEL 的 Ising 计算线性偏振态编码》，《光微系统杂志》。doi: 10.1117/1.jom.4.1.014501编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：