量子回声：以声波存储信息的革命性方法

量子回声：以声波存储信息的革命性方法加利福尼亚理工学院（Caltech）电子工程与应用物理学助理教授穆罕默德-米尔霍塞尼（MohammadMirhosseini）在最近发表在《自然-物理》（NaturePhysics）杂志上的一篇论文中，展示了他的实验室开发的一种新方法，可以有效地将电量子态转化为声音，反之亦然。这种转换可以存储未来量子计算机所准备的量子信息，而未来的量子计算机很可能是由电路制成的。MohammadMirhosseini和他的团队推出了一种创新方法，通过将电量子态转化为声音来存储量子信息。这种新技术利用声子，避免了以往方法的能量损失。它可以延长存储时间，是量子计算领域的一大进步。图片来源：MaayanIllustration这种方法利用的是所谓的声子，相当于光子这种光粒子的声音。(在量子力学中，所有的波都是粒子，反之亦然）。该实验研究利用声子来存储量子信息，因为制造能够存储这些机械波的小型设备相对容易。要理解声波如何存储信息，可以想象一个回声极强的房间。现在，假设你需要记住下午的杂货清单，于是你打开房间的门，大声喊道："鸡蛋、培根和牛奶！"然后关上房门。一小时后，到了去杂货店的时间，你打开门，把头探进去，听到自己的声音还在回响："鸡蛋、培根和牛奶！"你刚刚用声波储存了信息。穆罕默德-米尔侯赛尼。资料来源：加州理工学院当然，在现实世界中，这样的回声不会持续太久，你的声音最终可能会失真到连自己的话都听不出来，更何况用整个房间来存储一点点数据也太荒谬了。研究团队的解决方案是一种由柔性板组成的微型装置，这种柔性板会被极高频率的声波振动。当在这些板上放置电荷时，它们就能与携带量子信息的电信号相互作用。这样，信息就可以通过管道输入设备进行存储，并通过管道输出以供日后使用--这与本故事前面你大喊大叫进入房间的那扇门完全不同。据穆罕默德-米尔霍塞尼介绍，以前的研究曾对一种被称为压电体的特殊材料进行过调查，以此作为在量子应用中将机械能转化为电能的一种手段。"然而，这些材料往往会造成电波和声波的能量损失，而损失是量子世界的一大杀手，"Mirhosseini说。相比之下，Mirhosseini和他的团队开发的新方法不受特定材料特性的影响，因此与基于微波的现有量子设备兼容。论文的第一作者、米尔霍塞尼研究小组的研究生阿尔基姆-博兹库尔特（AlkimBozkurt）说："对于从事量子应用研究的科研人员来说，制造体积小的有效存储设备一直是另一个实际挑战。不过，我们的方法能让电路中的量子信息存储时间比其他小型机械设备长两个数量级。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1376509.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1376509.htm

利用混沌：激光测距的革命性方法

利用混沌：激光测距的革命性方法EPFL的研究人员利用光学微谐振器中的混沌频率梳开发出了一种新的激光测距方法，有望推动光学测距和通信技术的发展。洛桑联邦理工学院劳力士学习中心的激光雷达点云插图。资料来源：AntonLukashchuk（EPFL）利用混沌频梳现在，EPFL的托比亚斯-基彭伯格（TobiasKippenberg）研究小组的研究人员找到了一种新方法，可以利用混沌频率梳的独特功能，通过利用混沌梳线的固有随机振幅和相位调制，实现毫不含糊且不受干扰的大规模并行激光测距。这项研究为利用光微谐振器中的非相干和混沌光状态进行大规模并行激光测距引入了一种新范例。与传统方法相比，这种创新方法具有显著优势，为各个领域的应用开辟了新的可能性。技术细节和优势这种新型激光测距技术背后的概念是基于随机调制连续波（RMCW）原理，即利用载波的随机振幅和相位调制，通过探测器的振幅和频率交叉相关性来探测目标。与依赖外部调制的传统连续波（CW）系统不同，EPFL开发的方法利用了光学微谐振器中混沌梳状线固有的随机振幅和相位调制。该系统可支持数百个多色独立光载波，从而实现大规模并行激光测距和测速。商业意义和专家见解RMCW技术正变得越来越有吸引力，一些激光雷达公司在其商业产品中采用了这种方法。基彭伯格实验室的博士生、本研究的第一作者安东-卢卡舒克（AntonLukashchuk）说："在未来的无人驾驶车辆时代，不受其他激光雷达和环境光源的相互干扰使得RMCW的这一优势非常显著。此外，我们的方法对激光器的频率噪声、调谐灵敏度和线性度没有严格要求，也不需要波形启动程序"。约翰-里门斯伯格（JohannRiemensberger）是基彭伯格实验室的博士后，也是这篇论文的共同作者："令人惊讶的是，在混沌调制不稳定性机制下运行时，梳状线会伴随宽带信号调制，通常会超过谐振带宽，从而实现厘米量级的范围分辨率。此外，混沌微梳具有高能效、热稳定性好、操作简单等特点，并能提供平顶光学光谱"。该团队的突破为光学测距、扩频通信、光学密码学和随机数生成开辟了新的可能性。这项研究成果不仅推进了我们对光学系统混沌动力学的理解，还为各个领域的高精度激光测距提供了实用的解决方案。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1389517.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1389517.htm

革命性漫游车技术控制月球极端温度

革命性漫游车技术控制月球极端温度名古屋大学的新型热开关装置使月球车能够有效管理月球上的极端热条件，延长其运行寿命并减少能源消耗。资料来源：ShinichiroKinoshita,MasahitoNishikawara宇航员驾驶航天器在月球地形上航行时，不仅要面对零重力和可能掉落陨石坑的危险，还要应对剧烈的温度变化。月球的气候从127°C（260°F）的灼热高温到-173°C（-280°F）的刺骨低温不等。日本名古屋大学的研究小组开发了一种热开关装置，旨在提高月球车的耐用性。他们与日本宇宙航空研究开发机构（JapanAerospaceExplorationAgency）的合作研究在《应用热工程》（AppliedThermalEngineering）杂志上发表。未来的月球任务需要可靠的机器，能够在这种恶劣的条件下工作。日本名古屋大学的一个研究小组认识到未来的月球探测需要坚固耐用的机器，他们发明了一种热开关装置，有望延长月球探测车的运行寿命。他们与日本宇宙航空研究开发机构（JapanAerospaceExplorationAgency）合作进行的研究发表在《应用热工程》（AppliedThermalEngineering）杂志上。热开关技术：月球条件下的解决方案首席研究员MasahitoNishikawara说："能够在白天散热和夜间隔热之间切换的热开关技术对于长期月球探测至关重要。白天，月球车处于活动状态，电子设备会产生热量。由于太空中没有空气，电子设备产生的热量必须主动冷却和散发。另一方面，在极其寒冷的夜晚，电子设备必须与外界环境隔绝，以免过于寒冷。"目前的设备往往依靠加热器或连接到环形热管上的无源阀门来实现夜间保温。然而，加热器成本高昂，而被动阀会提高流体流速，导致压力下降，从而影响热量传递效率。Nishikawara团队开发的技术提供了一个中间地带。它的压降比被动阀低，耗电量比加热器低，在夜间可以保持热量，而不影响白天的冷却性能。运行机制和能源效率该团队开发的热控装置将环形热管（LHP）与电动流体动力（EHD）泵结合在一起。白天，EHD泵不工作，使LHP正常运行。在月球车中，LHP使用的制冷剂在蒸气和液体状态之间循环。当设备升温时，蒸发器中的液态制冷剂汽化，通过月球车的散热器释放热量。然后，蒸气又冷凝成液体，返回蒸发器再次吸收热量。这一循环由蒸发器中的毛细力驱动，因此非常节能。夜间，EHD泵会施加与LHP流量相反的压力，阻止制冷剂的流动。电子设备与夜间寒冷的环境完全隔绝，用电量极低。该团队的研究包括选择EHD泵的电极形状、设备设计、性能评估，以及利用EHD泵停止低压涡轮机运行的演示测试。结果表明，夜间耗电量几乎为零。技术的影响和未来应用Nishikawara说："这种开创性的方法不仅确保了漫游车在极端温度下的生存，还最大限度地减少了能源消耗，这在资源有限的月球环境中是一个至关重要的考虑因素。它为未来月球任务的潜在整合奠定了基础，有助于实现持续的月球探测努力。"这项技术的意义不仅限于月球车，还可广泛应用于航天器的热管理。将EHD技术集成到热流体控制系统中，可以提高热传导效率，减轻运行挑战。未来，这将在太空探索中发挥重要作用。这种热开关装置的开发是为长期月球任务和其他太空探索活动开发技术的一个重要里程碑。所有这些都意味着，未来月球车和其他航天器应能更好地在极端的太空环境中运行。编译来源：ScitechDailyDOI:10.1016/j.applthermaleng.2024.123428...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1435023.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1435023.htm

洞察宇宙高能粒子的革命性"新透镜"

洞察宇宙高能粒子的革命性"新透镜"浴室里的阵雨给我们带来了舒适，而来自太空的阵雨则给天体物理学家带来了欢乐。大阪都立大学的科学家们用他们新颖的方法观测到了宇宙射线的大范围气流，其精确度前所未有，为我们了解宇宙中能量最高的粒子打开了一扇新的大门。当高能宇宙射线与地球大气层碰撞时，会产生大量粒子，这就是所谓的大范围气雨。大阪都立大学大学院理学研究科和南部阳一郎理论物理研究所的藤井俊博副教授与研究生弗雷泽-布拉德菲尔德（FraserBradfield）领导的研究小组发现，安装在夏威夷莫纳凯亚火山（MaunaKea）顶上的斯巴鲁望远镜（SubaruTelescope）上的原焦宽视场照相机能够以极高的分辨率捕捉到这些大范围气流。斯巴鲁望远镜记录的宇宙射线大范围气雨的一个例子。突出显示的轨迹大多朝着相似的方向排列，显示了高能宇宙射线诱发的气雨粒子。资料来源：日本国家天文台，HyperSuprime-Cam(HSC)协作小组斯巴鲁望远镜是为观测天文学而设计的。宇宙射线在观测图像上以"轨迹"的形式出现，遮挡了目标恒星或星系，通常的天文数据处理方法会将其视为噪音。然而，该团队的研究重点正是这种"噪音"。通过分析2014年至2020年间拍摄的约17000张图像，研究小组找出了13张含有大量气流的图像。这些图像显示的粒子轨迹数量远远超过往常。藤井教授解释说："传统的观测方法很难区分构成大范围气流淋浴的粒子类型。而我们的方法则有可能确定单个粒子的性质。"他补充说："此外，通过将我们的方法与传统方法相结合，我们希望能加深对大范围气流的理解。这项技术可能使我们能够搜索暗物质或其他奇异粒子，为我们深入了解宇宙向物质主导时代的过渡提供更多信息。"他们的研究成果将于2023年10月12日发表在《科学报告》上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1389553.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1389553.htm

革命性的发明将海水转化为氢气燃料

革命性的发明将海水转化为氢气燃料根据发表在《焦耳》杂志上的一篇新论文，能源部SLAC国家加速器实验室、斯坦福大学、俄勒冈大学和曼彻斯特城市大学的研究人员创造了一个可以安全地从海水中提取氢气的装置，使研究人员能够制造氢气燃料。该装置通过将海水注入一个漏斗系统，驱动它通过一个双膜过滤系统来制造相当于海水的燃料。这个系统还使用电力成功地从海水中提取氢气，有效地将其与我们海洋中的其他元素分离。这项新研究的结果表明，它可以帮助推进生产低碳燃料的新努力。海水燃料系统原理图图像来自NinaFujikawa/SLAC国家加速器实验室最大的亮点在于，该系统没有产生一堆有害的副产品，这是在其他系统中普遍遇到的情况。目前大多数的水到氢气系统都使用单层膜。然而，这一次研究人员将两层膜结合在一起，它显示了一种更好的方式来控制海水中的离子在实验中的移动方式，这使得它更加有效。能够利用海水制造氢气燃料将被证明是有用的，因为它是一种低碳燃料，目前被用来运行燃料电池电动汽车，甚至可以作为能源网的一个长期存储选项。以前制造氢气的尝试需要淡水或淡化水，虽然我们已经看到了成功的水淡化系统，但它的成本和能源密集度要高得多。这是因为在使用前净化水需要昂贵的系统，以及能源，甚至增加设备的复杂性，而能够使用海水制造氢气燃料的设备则不需要这些额外的部件。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1362945.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1362945.htm

盐动力：锂-钠融合电池的革命性变革

盐动力：锂-钠融合电池的革命性变革研究人员正在开发一种将锂和钠混合用于高品质电池的方法，从而在电池技术领域取得长足进步。通过将这两种元素结合在一起，他们的目标是降低成本，确保供应链安全，并解决因用于锂离子电池而需求量很大的锂日益稀缺的问题。锂正在成为新的黄金，电动汽车、计算机和便携式设备中锂离子电池的使用量急剧上升，推动了价格上涨，并影响了这种相对稀有金属的供应。科学家们即将开发出一种使用钠替代部分锂的方法，从而降低成本并保证供应。最近，科学家们已经开始考虑完全弃用锂，转而在高品质电池中使用钠或其他元素。钠更便宜，也更容易获得（它以氯化钠的形式存在于海水中），但它们也有缺点，就提供汽车和便携设备所需的集中电量而言，锂电池仍然是最好的。亚利桑那州立大学的博士生TullioGeraci和AlexandraNavrotsky教授采用了一种不同的方法：将锂和钠混合在同一种电池中，有望缓解供应问题，并为生产更便宜的电池和更安全的供应链开辟道路。该研究小组正在制造锂钠材料，并对其结构、均匀性和热力学性质进行表征。研究人员使用Navrotsky实验室开发和优化的专门技术（高温氧化物熔融量热法）来测量材料的能量稳定性，同时通过加热实验确定其在使用过程中可能发生的分解。TullioGeraci在Goldschmidt地球化学会议上介绍他们的研究成果时说："我们一直在将少量钠与锂混合，测试其稳定性，然后观察其性能如何。这是一个循序渐进的过程，当我们刚开始时，稳定性并不乐观--我们需要做的第一件事就是看看混合物是否能保持可用的形式。但随着钠含量的增加，稳定性也有所提高。到目前为止，我们已经获得了10%的混合物，看起来还不错，热力学上仍然稳定。我们相信，在我们看到性能有任何显著差异之前，可以将其提高到20%左右"。TullioGeraci继续说："起初，我们并不确定是否能够实现这些锂/钽稀释。令人惊讶的是，我们发现弱稀释液容易分解，溶液失去均匀性和晶体结构，而晶体结构对生产电池非常重要。但随着钠含量的增加，材料会变得更加稳定。在我们找到最佳组合后，我们需要将研究成果交给电池技术专家，以生产出第一批钠锂电池。我们相信这是开发新电池技术的第一步。"NancyRoss教授（弗吉尼亚州布莱克斯堡弗吉尼亚理工大学地球科学系）评论说："Geraci和Navrotsky的研究突出了地球化学如何应用于开发具有重要技术意义的新材料。他们的研究为探索我们日常生活中所依赖的锂电池的替代性、更经济、更可持续的来源开辟了一条前景广阔的道路。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1370821.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1370821.htm