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计算机

迎接超导体时代

科技领域的每一次重大发现都会引起深远的影响。近期,一项潜在的科技突破,在网路上引起了广泛的关注与热议,来自高丽大学的研究团队声称,可能已经开发出了一种名为LK-99的新型超导材料。这种材料的特性十分惊人,即便在常温常压的环境下,依然能够保持其超导特性。 然而,因为过去出现过对类似发现的错误宣传,这个消息在公众面前并没有立即获得信任。众多疑虑和质疑声音中,最为人们所关注的是,迄今为止,还没有其他的研究团队能够成功复制这项研究成果。这使得人们对其真实性产生了更大的疑问。 然而,假设这个消息是真实的,假设这个名为LK-99的材料真的具有在常温常压下保持超导性的特性,那么,它将会带来怎样的影响呢?它可能会如何改变我们的生活,或者甚至改变世界呢? 不妨让我们展开想像,其实,我们正在谈论的可能是一场科技领域的根本性革命。如果我们要在历史上找到对应的例子,那么,这个革命的规模可能不亚于晶体管或发电机的发明,那两项伟大的发明,都在当时的时代引领了科技的飞跃,推动了社会的巨变。而如今,也许我们正在站在一个新的历史节点上,目睹著下一次重大科技革命的曙光。 什么是超导体? 超导体是一种独特的材料,其特性让科学家们都为之著迷。当处于适当的环境条件下,这类材料能够表现出零电阻,同时会产生磁场,这意味著它能够极高效率地传导电流,且几乎没有热损耗。此外,它还能产生强烈的磁场。 尽管超导体的实用性早已被人们所熟知,但在过去的几十年中,它们的应用一直受到限制。主要的原因在于,大部分超导材料需要用液氮冷却至接近绝对零度的环境下,才能展现超导性。维持这种低温环境需要高度复杂且昂贵的设备,这在很大程度上限制了它们的实际应用。譬如,使用超导磁体的MRI扫瞄器体积庞大,造价昂贵。又如,实验性聚变反应炉的规模巨大,费用不菲。就连那些表现出了巨大改进潜力的试点项目,如2021年芝加哥北部的联邦爱迪生公司使用超导体的输电线项目,也因为同样的原因而被搁置。 而那些在室温下能够表现出超导性的材料,它们也衹能在压力高达167万个大气压的条件下才能发挥超导性,这几乎使得它们无法在实际中应用。 然而,LK-99的出现可能会改变这一切。如果LK-99确实能在室温和常压下展现超导性,那么这将从根本上颠覆我们对超导体的认知,使其在众多应用中大放异彩。 室温常压超导体能彻底改变交通运输 超导材料具有极大的潜力,能够对许多领域带来深远影响,其中最引人注目的是它们在发电和输电领域的应用。通过零电阻线路,它们能承载超过铜线两百倍的电流,无需产生热量或者损耗,且适用范围更广,成本更低。 更具吸引力的是,超导体在能量储存领域的巨大潜力。若将超导材料构成闭环,让电荷在其中流动,这些电荷可以在闭环中无限期运行,不会有任何损耗。这使得超导体可以被用来储存能源,为间歇性的可再生能源,如风能和太阳能,提供一种经济实用的储存方式。而这一切都意味著,未来的电池将更轻便,充电速度更快,能量密度更高。 而且,超导材料生成的磁场可以使聚变反应炉的体积缩小数个数量级,虽然可能不能直接用于驱动汽车或照明房屋,但这些设备可以足够小,足够便宜,到处可见,甚至可以随身携带。更为重要的是,清洁无尽的能源将使能源短缺和对碳排放的担忧成为历史。 此外,超导材料可以将磁悬浮技术提升到一个全新的水平。磁悬浮列车将更加快速,效率更高,制造成本更低,更为普遍。而且这种技术也将逐步普及,直到有轨电车可以在马路上悬浮,甚至可能有使用磁悬浮技术的汽车和滑板,甚至可能有建筑物使用这种悬浮技术来维护和主动支撑其结构,电器衹要充电,不需要一直给电。 再者,超导材料也能对推进系统产生深远影响。由于电池更轻、更强大,电动机更高效、更强大,全电动飞机和其它飞行器的尺寸可以做得更大,速度更快,航程更远。我们甚至有可能看到装备磁流体动力喷射装置的船只,可以快速且安静的方式前进。 室温常压超导体迎来计算机新时代 我们有可能见证计算机科技彻底改革的景象。CPU可能在无需冷却系统或电流泄漏的情况下制造,从而实现更快的运行速度和更高的效率。此外,量子计算机可能以量子位的形式运行,这是一种类似于晶体管的量子计算方式,它不需要低温支持系统。大量的量子位可以紧密集成,并通过超高速数字链接相互连接。仅需一步,量子计算机就可能走出实验室,成为21世纪PC的未来。 超导体技术可能让感测器系统与低温环境下一样敏感,即使在量子水平上,设备的尺寸可能会显著缩小。想像一下,患者可以佩戴的MRI扫瞄器和类似设备,或者像手机摄像头一样方便使用的先进成像系统。或者想像一个像詹姆斯.韦伯太空望远镜那样灵敏的望远镜,只不过它的尺更小而且能够大规模的生产。 意想不到的可能性 然而,那些尚未涌现在我们视野中的应用,将会是最具变革力的。倒回到20世纪80年代,计算机体积庞大,价格不菲,操作复杂,以至于衹有拥有布尔逻辑博士学位的人才有资格使用它们。这导致了一个结果,即即便是顶尖的计算机科学家,他们的实践经验也相当有限,对计算机的理解也相当肤浅。因此,他们对计算机的理解常常处于两个极端,要么过度夸大,要么低估。 然而,随著矽晶元的问世,计算机的体积缩小,计算机从实验室走向办公室,再从办公室走入千家万户。每天,数以百万计的人在使用计算机,他们有机会与这个设备进行亲密接触。从软体工程师到学生,人们开始逐渐理解,计算机不衹是一台进行数字运算的机器,而是一台能处理数据的设备,它们并非无所不知,反而是个有用却有些呆头呆脑的助手。同时,计算机也开始从一台独立的设备,变为一种可以嵌入各类技术和日常生活中的组件。 自那以后,计算机革命就如火如荼地展开,带给我们一项又一项的数字化创新,包括网际网路、一个包含人类历史上最丰富知识的虚拟图书馆、ChatGPT、智能手机、社交媒体,以及各种各样的模因。 或许,室温超导体也会走上同样的道路,它们会如此深入我们的生活,以至于我们对它们的存在视而不见。但是目前一切尚未成定局,人类仍在摸索LK-99是否真的有效,是否可以制造得出来。

IBM 量子计算机在基准测试中击败超算

近期,IBM 与加州大学伯克利分校的联合研究发现,即使在充满错误的情况下,量子计算机也有可能解决一些当今强大的超级计算机所难以解决的问题。这些问题范围广泛,从理解磁性材料的行为,到模拟神经网络的行为,甚至是研究信息在社交网络中的传播方式。 在这项研究中,研究团队将 IBM 的 127 量子位Eagle 芯片与劳伦斯伯克利国家实验室和普渡大学的超级计算机进行了比较,以完成越来越复杂的任务。惊人的发现是,尽管存在许多噪声,也就是错误,Eagle 量子芯片仍能够生成与超级计算机相匹配的结果。这项研究在《自然》杂志上发表,显示了当今的量子计算机,即使不完美,也有可能比预期更早地成为科学研究的一部分,甚至成为我们日常生活的一部分。换句话说,我们现在已经进入了量子实用的领域。 与基于硅的经典计算机芯片不同,量子计算机使用的量子位可以存在于流动状态,可能落在任何位置。这种特性使得量子计算机可以同时进行多个复杂的计算,这使得它们在理论上比当今的硅芯片效率更高。在进行大规模计算时,量子计算机也显示出比超级计算机更精确的可能性。 然而,这些精确的结果并不是基于它们对问题的完全理解,而是基于它们能够容忍和抵抗错误的能力。在这种情况下,后处理软件起著至关重要的作用,能够校正和修复噪声带来的问题,从而提高量子计算机的精确度和有效性。 尽管这项研究还处于早期阶段,但结果已经显示了量子计算技术可能比原先预期的更早实现应用。此外,这种技术也有可能改变人类如何处理和解决计算的问题。目前,IBM Quantum 小组正在努力进一步提高他们的技术,并在他们的硬件上进行测试,以确保能在更大规模和更复杂的问题上达到更高的精确度。 随著量子计算机的硬件持续进步和优化,这种新型计算技术可能在未来几年内取得更多突破,可能在各种领域,如物理学、化学、生物学和网络科学中发挥巨大作用。

AI将为全球经济注入4.4万亿美元

生成式AI,能够自动生成准确、真实的文本、图像或音频,使得许多职业或者工作岗位可能面临被替代的风险。然而,最新的研究发现,这种全新的技术反而可能增加更多的工作机会。 麦肯锡公司最近发布的《生成式AI的经济潜力:下一个生产力前沿》报告,对47个国家和地区的850种工作角色和2100种职业任务进行了研究,发现生成式AI有可能为全球经济创造高达4.4万亿美元的年度价值,甚么概念呢?英国一年的GDP才是3.1万亿美元。这个估计是以AI可能接管的现有工作和可能创造的新职业和职责作为基础的。 这些经济价值的产生,主要通过自动化和加速人类当前的工作任务来实现,使得在相同的时间内完成更多的工作。一个实际的例子,来自一项关于生成式AI如何改变客服工作的研究。在使用了AI之后,客服人员每小时解决的问题数量增加了13.8%,电话接听速度更快,成功解决投诉的数量也有所提高,甚至能同时处理多个电话。AI还帮助减少了培训新员工的时间,从而使公司能够拓展更大的团队,开展更多的业务。 麦肯锡的报告发现,生成式AI和其他技术,能够让目前占据员工60%-70%时间的工作自动化。尽管这需要一些重大的再培训,并且公司和政府必须投入资金支持工人的转型和管理这种重大转变可能带来的其他风险,但如果成功管理,生成式AI能为经济增长做出实质性的贡献。 生成式AI的增值将主要集中在四类工作:客户运营、营销和销售、软体工程和研发。在各种行业中,生命科学、银行业和高科技行业可能从生成式人工智慧中获得最大的收入增长。 例如,客户运营已经开始由AI协助或完全接管客户互动。对于营销和销售,AI能生成数量庞大且个性化的创意内容。在软体工程领域,AI能够依据自然语言提示编写计算机代码。在研发领域,AI能够高效地对蛋白质进行建模,构建特定生物反应的蛋白质复合物,并帮助设计人造蛋白质药物。 AI的发展势头仍在持续,它将在各个经济领域找到新的应用。不过,至少在目前,人类仍然是完成大多数任务的重要部分。就拿麦肯锡的生成式人工智慧报告来说,尽管数据的检索和分析是由AI完成的,但报告本身却完全是由人类撰写的。生成式AI的未来将会如何,目前尚且未知,但可以肯定的是,AI在未来的经济发展中发挥越来越重要的作用。

木质晶体管可生物降解

科技的力量在不断地塑造和改变我们的生活,一个新的奇迹刚刚在我们眼前诞生。那些熟悉的木材,常常被我们视为不擅长导电的天然材料,如今已被科学家们赋予了新的生命。他们创造出了世界上第一个可工作的木质晶体管。尽管它并不完美,还需要进一步的优化和调整,但它的诞生毫无疑问标志著我们迈向可生物降解技术的一大步。 活树,因为里面有水,展现出相当好的导电性,尤其是在遭受雷击时。然而,那些常被用于建筑、家具和各种人造产品的干燥木材,却几乎丧失了这种能力。然而,没有甚么是不可能的。最近的研究已经发现了一些方法,能够赋予这些木材全新的电子生命,这样木材就能变成柔软的电池、可生物降解的计算机晶元、可列印导电油墨和石墨烯电路基底。 在林雪平大学(Linkoping University)和KTH皇家理工学院(the KTH Royal Institute of Technology)的科学家们的精心创作下,世界上第一款功能性的木质晶体管终于呈现在我们面前。科学家选择了莎木(balsa wood),因为它的结构均匀并且没有纹理,同时赋予木材坚韧强度的木质素也被精心去除了。这样,只留下了带有空心通道的长纤维素纤维,然后科学家们又巧妙地把PEDOT:PSS这种导电聚合物,放了进去。 于是,我们见证了最终的木质晶体管的诞生。它可以像常规的晶体管一样工作,能够调节通过它的电流,提供稳定的电子流输出,也能用作电源开关。虽然它不是最好的晶体管,关断需要大约一秒钟,打开需要长达五秒钟,但正如研究论文的通讯作者所说:“木质晶体管确实可行,并且具有巨大的发展潜力。我们没有特定的应用目标来创建这个木质晶体管,我们之所以这样做,是因为我们可以,这是基础研究,证明了这种可能性,并希望能够激发更多的研究,以期在未来找到实际应用。” 这项奇妙的发明,其优点显而易见,最大的优势在于其可生物降解性,这不仅有助于解决日益严重的电子废弃物问题,而且大型导电通道,使其能够处理比其他有机晶体管更大的电流。更为神奇的是,它还可以集成到活体植物的电子电路中,这无疑将为我们的科技世界开辟全新的道路。 此次研究的成果已发表在《美国国家科学院院刊》上,虽然它只是一个起点,但它的诞生,宣告了人类在利用自然界的资源方面取得了重大突破。面对这一代表著未来可能性的创新之作,我们正在等待它在我们的生活中展现更多的可能性。

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