超导光机械研究迎来突破：机械振荡器技术的量子飞跃

超导光机械研究迎来突破：机械振荡器技术的量子飞跃超导机电系统的扫描电子显微镜图像。资料来源：AmirYoussefi（EPFL）过去十年来，科学家们在机械系统中产生量子现象方面取得了巨大进步。十五年前看似不可能的事情如今已成为现实，因为研究人员成功地在宏观机械物体中产生了量子态。通过将这些机械振荡器与光子（被称为"光机械系统"）耦合，科学家们已经能够将它们冷却到接近量子极限的最低能级。他们还设法"挤压"它们，进一步降低它们的振动，并使它们相互缠结。这些进步为量子传感、量子计算中的紧凑存储、量子引力的基本测试，甚至暗物质的寻找带来了新的机遇。操作光机械系统的困境为了在量子体系中有效地运行光机械系统，科学家们面临着两难选择。一方面，机械振荡器必须与环境适当隔离，以尽量减少能量损耗；另一方面，它们必须与其他物理系统（如电磁谐振器）良好耦合，以便对其进行控制。要实现这一平衡，就必须最大限度地延长振荡器的量子态寿命，而这一寿命会受到环境热波动和振荡器频率不稳定性的影响，即该领域所称的"退相干"。从引力波探测器中使用的巨型反射镜到高真空中的微小被困粒子，这在各种系统中都是一个长期存在的挑战。与超导量子比特或离子阱等其他技术相比，当今的光机电系统仍然显示出较高的退相干率。EPFL的突破：超低量子退相干现在，洛桑联邦理工学院托比亚斯-基彭伯格实验室的科学家们通过开发一种超导电路光机电平台解决了这一问题，该平台在保持大的光机电耦合的同时显示出超低量子退相干，从而实现了高保真量子控制。这项研究成果于8月10日发表在《自然-物理》杂志上。领导该项目的博士生阿米尔-尤塞菲（AmirYoussefi）说："简单地说，我们展示了有史以来在机械振荡器中实现的最长量子态寿命，它可用作量子计算和通信系统中的量子存储元件。这是一项重大成就，影响着量子物理学、电子工程和机械工程领域的众多受众。"关键要素：真空间隙鼓头电容器这项突破的关键要素是"真空间隙鼓头电容器"，这是一种由悬浮在硅基板沟槽上的铝薄膜制成的振动元件。该电容器是振荡器的振动元件，同时也构成了一个谐振微波电路。通过一种新颖的纳米制造技术，研究小组大大降低了鼓头谐振器的机械损耗，实现了前所未有的热退相干速率，仅为20赫兹，相当于7.7毫秒的量子态寿命--这是机械振荡器中实现的最长寿命。结果和意义热诱导退相干的显著降低使研究人员能够使用光机械冷却技术，从而使量子态在基态占据的保真度达到令人印象深刻的93%。此外，研究小组还实现了低于运动零点波动的机械挤压，其值为-2.7dB。"这种控制水平使我们能够观察到机械挤压态的自由演化，并在2毫秒的较长时间内保持其量子行为，这要归功于机械振荡器中仅为0.09Hz的超低纯去相率，"参与研究的ShingoKono说。"这种超低量子退相干不仅提高了宏观机械系统量子控制和测量的保真度，而且同样有利于与超导量子比特的对接，并将系统置于适合量子引力测试的参数体系中，"研究团队的另一位成员马赫迪-切格尼扎德（MahdiChegnizadeh）说，"与超导量子比特相比，该平台的存储时间要长得多，因此是量子存储应用的理想候选者。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1376919.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1376919.htm

这些漂浮物将海浪变成了可再生的能源

这些漂浮物将海浪变成了可再生的能源图为EcoWavePower的蓝色浮筒将海浪的起伏转化为电能。图像来源：生态波浪发电公司每一批这些浮筒都是精心设计的，以适应它们被安装的特定波浪条件。例如，较小的波浪需要较多的小浮筒，因此它们更容易上下移动，但较大的波浪可以处理较大的浮筒--因此，需要较少的浮筒。以下是它们的工作原理：浮筒的移动在蓄能器内产生流体压力，蓄能器位于陆地上，建在大的蓝色运输集装箱内。这种由上升的海浪产生的流体压力，使液压马达转动。反过来，又激活了一个发电机，然后通过一个逆变器将电力输送到电网。图为EcoWavePower的一个陆上集装箱内，由漂浮物产生的液压被转化为电网的电能。在暴风雨期间，当海浪太高时，该装置会自动锁定到一个直立的位置以保护自己，一旦坏天气过去，就会降回水中。EcoWavePower声称它的整个系统，从浮筒到电网大约有50%的转换效率，这意味着大约50%的传入波浪能量被成功转化为电能。就背景而言，这个数字比大多数太阳能电池板的15%至20%的效率、大多数风力涡轮机的20%至40%的效率以及普通煤电厂的33%的效率都要高。在暴风雨中，漂浮物被锁定直立。到目前为止，该公司在少数几个地方定期提供电网电力--还有更多的地方正在部署。其第一个并网站于2016年在直布罗陀启用，该公司目前正在以色列特拉维夫的雅法港完成第二个并网站。在洛杉矶的第三个预计将在2023年初启动和运行。每个浮筒产生的能量取决于特定地区的波浪条件。EcoWavePower公司的联合创始人兼首席执行官InnaBraverman说，该公司在雅法的每个浮筒可以产生多达10千瓦时的能量，这足以满足约10个家庭的需求。布拉弗曼说，该公司已经进行了一些环境调查，发现对环境没有负面影响，而且在系统内产生液压的液体是可生物降解的。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1333355.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1333355.htm

毒枭也懂科学 研究表明半潜式设计可能使货运船舶更有效率

毒枭也懂科学研究表明半潜式设计可能使货运船舶更有效率这种设计使它们很难被当局发现，同时放弃了真正的潜水艇的昂贵和复杂的要求。例如，它们不必能够潜水、承受巨大的压力，或为其乘员提供船上的空气供应。在康斯坦丁-马特维耶夫教授的领导下，华盛顿州立大学的科学家们最近开始进一步评估这种半潜式潜水器的优点。为此，他们建造了一个长45厘米、宽10厘米（17.7×3.9英寸）的遥控半潜艇模型，并在华盛顿州蛇河的瓦瓦湾进行了测试，在那里它的最高速度达到每秒1.5米（4.9英尺）。实验表明，在更高的速度下，全尺寸的半潜式船舶比传统的水面船舶更加节能。这主要是由于半潜船的水面面积较小，也就是与水线持平的船舶水平截面。研究人员解释说："一艘船基本上有两个阻力成分，一个是由于摩擦（与湿润面积成正比），第二个是波浪阻力（取决于几个因素，包括水面面积和速度）。当摩擦阻力占主导地位时，半潜艇在低速时将有较大的阻力。然而，在更高的速度下，波浪阻力成为主导。半潜艇由于其较小的水面面积而具有较低的波浪阻力。因此，在更高的速度下，它们变得比水面舰艇更有效率"。由于其较小的水面面积，全尺寸的半潜艇应该较少受到波浪作用的影响。因此，水面货船在波涛汹涌的水面上必须减速，以保持其负载稳定，而载货的半潜艇可以保持较高的速度。Matveev与华盛顿州立大学毕业生PascalSpino共同撰写的关于这项研究的论文，最近发表在《无人系统》杂志上。在下面的视频中可以看到半潜艇模型的运行情况。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1337555.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1337555.htm

科学家提出了一个通用框架 揭开生命随机节律的秘密

科学家提出了一个通用框架揭开生命随机节律的秘密一个国际研究小组提出了一种解释"振荡"的通用结构。生活中的随机节奏围绕着我们--从萤火虫催眠般的同步眨眼......到孩子荡秋千时的前后摆动......再到人类心脏原本稳定的"噗噗"声中的细微变化。然而，要真正理解这些被称为随机或随机振荡的模式，科学家们仍无从下手。尽管在分析脑电波和心律方面取得了一些进展，但研究人员和临床医生仍无法对难以计数的变化和来源进行比较或编目。凯斯西储大学（CaseWesternReserveUniversity）应用数学教授彼得-托马斯（PeterThomas）说："如果能深入了解振荡的根本原因，就能在神经科学、心脏科学以及许多不同领域取得进展。"托马斯是一个国际研究小组的成员，该小组表示，他们已经开发出一种新颖、通用的框架，用于比较和对比振荡--无论其基本机制如何--这可能成为有朝一日完全理解振荡的关键一步。他们的研究成果最近发表在《美国国家科学院院刊》上。"托马斯说："我们把比较振荡器的问题变成了线性代数问题。我们所做的比以前的研究精确得多。这是概念上的一大进步。"研究人员说，其他人现在可以比较、更好地理解甚至操纵以前被认为具有完全不同性质的振荡器。举个例子，如果你的心脏细胞不同步，你就会死于房颤。但是，如果你的脑细胞过于同步，你就会得帕金森病或癫痫，这取决于同步发生在大脑的哪个部位。通过使用我们的新框架，心脏或大脑科学家或许能够更好地理解振荡可能意味着什么，以及心脏或大脑是如何工作或随着时间的推移而变化的。托马斯说，研究人员（包括来自法国、德国和西班牙大学的合作者）发现了一种新方法，可以用复数来描述振荡器的时间以及它们的"噪声"或不精确时间。大多数振荡在某种程度上都是不规则的。例如，心律并非百分之百规律。5%-10%的心跳自然变化被认为是健康的。比较振荡器的问题可以通过两个明显不同的例子来说明：大脑节律和摇摆的摩天大楼。他说："在旧金山，现代摩天大楼在风中摇摆，受到随机变化的气流的冲击--它们被推得稍稍偏离垂直姿态，但结构的机械特性又把它们拉了回来。这种灵活性和弹性的结合有助于高层建筑在地震中经受住摇晃。你不会认为这个过程能与脑电波相提并论，但我们的新框架让你可以这样做。"他们的发现对机械工程和神经科学这两门学科有什么帮助，现在可能还不得而知，他把这一概念上的进步比作伽利略发现木星的轨道卫星。他说："伽利略意识到的是一个新的视角，虽然我们的发现不像伽利略那样影响深远，但它同样是视角的改变。我们在论文中报告的是一个关于随机振荡器的全新观点"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1386873.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1386873.htm

研究人员开发出从水波中获取更多"蓝色能量"的简单方法

研究人员开发出从水波中获取更多"蓝色能量"的简单方法研究人员通过将液固纳米发电机的电极移至水流冲击的管端，从波浪中获取更多能量。来源：改编自《ACS能源通讯》2024期，DOI:10/1021.acsenergylett.4c00072研究人员改进的管状波能收集装置被称为液固三电纳米发电机（TENG）。当水在管内来回滑动时，TENG将机械能转化为电能。这些设备还不能大规模应用的一个原因是它们的能量输出较低。戴国璋、尹凯、颜俊亮及其同事旨在通过优化能量收集电极的位置，提高液固式TENG的能量收集能力。实验和结果研究人员使用16英寸透明塑料管制作了两个TENG。在第一个装置中，他们将铜箔电极放在管子的中心--这是传统液固式TENG的通常位置。在新设计中，他们在管子的一端插入了一个铜箔电极。然后，研究人员在管中注入四分之一的水，并密封管端。一根导线将电极与外部电路连接起来。将这两个装置放在台式摇杆上，水在管内来回流动，并通过将机械能（水撞击或滑动电极产生的摩擦力）转化为电能而产生电流。研究人员发现，与传统设计相比，优化设计将装置的机械能转化为电流的能力提高了2.4倍。在另一项实验中，当水分别进入电极覆盖的管段和流出管段时，经过优化的TENG闪烁35个LED灯。研究人员说，这些演示为更大规模地从海浪中收集蓝色能量奠定了基础，并展示了他们的设备在水下无线信号通信等其他应用方面的潜力。编译自/scitechdaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1427137.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1427137.htm

量子技术新突破：研究人员成功地制造出产生两束纠缠光的光源

量子技术新突破：研究人员成功地制造出产生两束纠缠光的光源对研究这种现象的兴趣是由于其在加密、通信和量子计算方面的巨大应用潜力。困难的是，当这些系统与它们周围的环境相互作用时，它们几乎立即变得不相干了。在巴西圣保罗大学物理研究所（IF-USP）的原子和光的相干操纵实验室（LMCAL）的最新研究中，研究人员成功地开发了一个产生两束纠缠光的光源。有关这项研究的文章最近发表在《物理评论快报》杂志上。"这个光源是一个光学参数振荡器，或称OPO，它通常由两个镜子之间的非线性光学响应晶体组成，形成一个光学腔体。当一束明亮的绿色光束照射在仪器上时，晶体-镜子动态产生两束具有量子相关性的光束，"文章的最后一位作者、物理学家HansMarinFlorez说。该研究中使用的光学参数振荡器（OPO）。图像来源:AlvaroMontañaGuerrero问题是，基于晶体的OPO发出的光不能与量子信息背景下的其他感兴趣的系统互动，如冷原子、离子或芯片，因为其波长与相关系统的波长不一样。"我们小组在以前的工作中表明，原子本身可以被用作媒介，而不是晶体。因此，我们制作了第一个基于铷原子的OPO，其中两个光束是强烈的量子相关的，并获得了一个可以与其他有可能作为量子存储器的系统互动的源，如冷原子，"Florez说。然而，这并不足以表明这些光束是纠缠在一起的。除了强度之外，与光波同步有关的光束相位也需要显示出量子关联性。他说："这正是我们在《物理评论快报》报道的新研究中所实现的。我们重复了同样的实验，但增加了新的检测步骤，使我们能够测量所产生的场的振幅和相位中的量子相关性。结果，我们能够证明它们是纠缠在一起的。此外，该检测技术使我们能够观察到，纠缠结构比通常所描述的要丰富。我们实际上产生的是一个由四个纠缠谱带组成的系统，而不是两个相邻的谱带被纠缠在一起。""在这种情况下，波的振幅和相位是纠缠在一起的。这在许多处理和传输量子编码信息的协议中是基本的。除了这些可能的应用，这种光源还可以用于计量学。强度的量子关联导致强度波动的大大减少，这可以提高光学传感器的灵敏度。想象一下，在一个聚会上，每个人都在说话，你听不到房间另一边的人说话。如果噪音充分降低，如果每个人都停止说话，你就可以在很远的地方听到某人说的话。"他补充说，提高用于测量人脑发出的α波的原子磁力计的灵敏度是潜在的应用之一。"文章还指出，与晶体OPO相比，铷质OPO还有一个优势。"Florez说："晶体OPO必须要有镜，使光在腔内保持更长的时间，这样相互作用就会产生量子相关的光束，而使用原子介质，在其中产生的两个光束比晶体更有效，避免了需要镜子来禁锢光这么长的时间。"在他的小组进行这项研究之前，其他小组曾试图用原子制造OPO，但未能证明所产生的光束的量子相关性。新的实验表明，系统中没有内在的限制来阻止这种情况的发生。研究人员发现，原子的温度是观察量子关联的关键。显然，其他研究使用了更高的温度，这让他们无法观察到相关关系。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1337695.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1337695.htm