追求客观真理和知识是人的最高和永恒的目标。
——爱因斯坦
第277期
一
数据高速路有了“匝道”和“桥梁”
首款自校准可编程光子芯片面世
近日，澳大利亚科学家领导的一个国际团队研制出首款自校准光子芯片，其能“变身”数据高速公路上的桥梁，改变当前光学芯片之间的连接状况，提升数据传输的速度，有望促进人工智能和自动驾驶汽车等领域的发展。相关成果已发表于《自然·光子学》杂志上。
光子电路能够操纵和引导信息传输的光通道，也可提供搜索图案等计算能力，而模式搜索是医疗诊断、自动驾驶车辆、互联网安全等许多应用的基础。芯片的快速可靠重编程能加快搜索速度，但要做到这一点，非常困难且极其昂贵，最新的自校准芯片则克服了这一难题。
这项研究的一个关键挑战是将所有光学功能集成到一个可“插入”现有基础设施的设备上。团队提出的解决方案是：在芯片制造后对其进行校准，也就是使用集成参考路径而非外部设备对芯片进行校准，这提供了“拨号”所需的所有设置和开关功能。
首席研究员、莫纳什大学阿瑟·洛厄里教授表示：“我们展示了一种自校准可编程光子滤波器芯片，自校准非常重要，因为它使可调谐光子集成电路广泛应用于多个领域，如根据颜色调换信号的光通信系统、运行速度极快的相关器、用于化学或生物分析甚至天文学领域的科学仪器等。”
2020年该校开发出一种新型光学微通信芯片，构建了数据高速公路的多条通道，实现了当时最快的网速。而新面世的自校准芯片可成为这些数据高速公路的入口、出口匝道和桥梁，将这些通道连接起来，使更多数据能更快移动。
这一最新突破有望加速人工智能的发展，并应用于多个现实领域，如能够及时解读周围环境的：更安全的无人驾驶汽车、能更快速地诊断病情的人工智能，以及更小的光子网络交换机等。
作者：刘霞 来源：科技日报
二
机器人学会“从头开始”想象自己
自我建模将引领更先进的自主系统
美国哥伦比亚大学-工程学院研究团队近日宣布，他们创造的一个机器人首次能够在没有任何人类帮助的情况下，从头开始学习其整个身体的模型。在《科学·机器人学》发表的该项研究中，研究人员描述了他们的机器人如何创建自身的运动学模型，然后使用自身模型来规划运动、达到目标并在各种情况下避开障碍物，它甚至会自动识别并补偿对身体的伤害。
研究人员将机械臂放置在由5个流媒体摄像机组成的圆圈内，机器人通过摄像头观察自己，自由地摆动。就像婴儿第一次在大厅镜子里探索自己一样，机器人摆动和扭曲以了解它的身体是如何响应各种运动指令而移动的。大约3个小时后，机器人停了下来，它的内部深度神经网络已完成了机器人运动动作与它在环境中占据体积之间的关系的学习。
哥大机械工程教授兼创意机器实验室主任霍得·利普森说，人们真的很想知道机器人是如何“想象”自己的，但人们不能只窥探神经网络，因为这其实是一个“黑匣子”。而机器人在没有工程师协助的情况下进行自我建模的能力很重要。它不仅可节省劳动力，还可让机器人跟进自身的磨损，甚至可检测和补偿损坏。
团队认为，这种能力之所以关键，是因为人类需要自治系统更加自力更生。例如，工厂机器人可检测到某些东西没有正确移动，并进行补偿或寻求帮助。
利普森解释说：“自我塑造是一种原始的自我意识形式。如果机器人、动物或人类拥有准确的自我模型，它就能在世界上更好地发挥作用，作出更好的决策，并具有进化优势。”
作者：张梦然 来源：科技日报
三
揭示缺失的“光子链接”
光学观测助力构建纯硅量子互联网
利用硅开发量子技术为快速扩展量子计算提供了机会。近日，加拿大西蒙弗雷泽大学（SFU）的研究人员在量子技术发展方面取得了关键突破。发表在《自然》杂志上的一项研究，描述了他们对超过15万个硅“T中心”光子自旋量子比特的观察，这是一个重要的里程碑，使构建大规模可扩展量子计算机和纯硅量子互联网成为可能。
量子计算机具有强大的计算能力，在解决一些复杂问题方面具有巨大的潜力，有望为化学、材料科学、医学和网络安全等许多领域带来新进展。要实现这一点，必须制造出稳定、长寿命的量子比特来提供处理能力，以及使这些量子比特大规模关联在一起的通信技术。
过去的研究表明，硅可以产生部分最稳定和最长寿命的量子比特。现在，新研究为之提供了原理证据，证明了T中心——硅中一种特殊的发光缺陷可以在量子比特之间提供一种“光子链接”。
这项研究来自SFU物理系的硅量子技术实验室，由加拿大硅量子技术研究主席斯蒂芬妮·西蒙斯和荣誉退休教授迈克尔·特瓦尔特共同领导。
“这项工作是第一次单独测量单个T中心，实际上，也是第一次仅用光学方法来测量硅中的单个自旋。”西蒙斯说，像T中心这样的发射元结合了高性能自旋量子比特和光学光子产生，是制造可扩展、分布式量子计算机的理想选择，因为它们可以同时处理运算和通信，而不需要连接两种分别用于运算和通信的不同的量子技术。
此外，T中心具有发射与当今城域网光纤通信和电信网络设备相同波长的光的优势。
“有了T中心，就可以建造与其他处理器进行内在通信的量子处理器。”西蒙斯说，当硅量子比特可以通过在数据中心和光纤网络中使用的同一波段发射光子(光)进行通信时，我们就可以获得连接量子计算所需的数百万个量子比特的优势。
作者：张佳欣 来源：科技日报
四
新研究揭示记忆“拼图”存储位置
当你在餐厅吃了一顿难忘的晚餐后，脑海中留下印象的不仅仅是食物，气味、装饰、乐队演奏的声音、对话和许多其他特征结合在一起，形成了对当晚的独特记忆。此后，仅仅唤醒这些印象中的任何一种，可能就足以带回整个体验。近日发表在《自然》杂志上的新研究阐明了大脑中记忆处理的分布式本质，并为记忆回忆的过程提供了新见解。
研究表明，在大脑中，复杂的记忆同样由一个整体及其部分组成。虽然整体记忆存储在海马体中，但部分细节被解析并存储在其他地方，即前额叶皮质。
海马体一直被认为是记忆的所在地。然而，新发现表明，接触到任何单独的线索都足以激活前额叶皮质，再经由海马体回忆起整个记忆，这对阿尔茨海默病等疾病的治疗具有指导意义。人们认为阿尔茨海默病的缺陷更多地与回忆有关，而不是与记忆储存有关。大脑中存在单独的记忆存储和提取路径，这表明靶向前额叶回忆路径或更利于新疗法的开发。
将记忆作为一个分布式大脑过程来研究一直是个挑战，部分原因是技术上的限制。此次，美国洛克菲勒大学-神经学家普里亚·拉贾塞图帕西团队开发了新的技术，可以同时记录和操纵多个大脑区域的神经活动。
实验中，小鼠在虚拟现实中无尽的走廊里进行多感官体验时，会遇到各种各样的视觉、声音和气味。研究人员训练小鼠将不同的房间（由不同的感官线索组合而成）联系起来，作为愉悦或厌恶的体验。随后，在一种特定的气味或声音的推动下，小鼠能够回忆起更广泛的体验，并知道是高兴地期待糖水，还是警惕一股恼人的空气。
此前已有研究表明，嗅觉记忆比其他感官记忆更强，这是因为嗅觉通路可与海马体直接“沟通”。但此次实验表明，当小鼠遇到特定的感觉特征时，一个不同的回路被激活。在这个回路中，前额叶神经元与海马体进行交流，以召唤相关的全局记忆。
论文第一作者纳库尔·亚达夫说：“这表明，回忆有一条专门的途径，独立于记忆的形成。”
作者：张佳欣 来源：科技日报
五
阳光照射会影响食欲吗？
国际最新研究称能刺激雄性进食
阳光照射会影响食欲吗？怎么影响？施普林格·自然旗下专业学术期刊《自然-代谢》最新发表一篇研究论文称，阳光照射会通过皮肤内脂肪组织分泌的一种激素刺激男性而不是女性的进食和增重。研究揭示了阳光会如何影响进食行为和全身能量平衡，而全身能量平衡是一个被严重忽视的过程。
据介绍，进食的需求主要受到外周组织与大脑之间通讯的控制。多个器官(如肠道、脂肪组织和肝)释放的激素会抵达特定脑区，如下丘脑，进而发出进食或停止进食的指令，具体取决于体内当前的能量水平。
论文通讯作者、以色列特拉维夫大学卡米特·莱维及团队，在3年时间里分析了以色列约3000名个体的流行病学证据，发现男性而不是女性会在夏天增加进食，而夏天也是一年中太阳辐射最强的时期。
这一结果得到了对雄性小鼠研究的支持——雄性小鼠研究发现，在10周内每日照射紫外线(UVB)，能刺激它们皮肤的脂肪组织释放饥饿素(ghrelin)。当饥饿素抵达下丘脑时会打开这些雄性小鼠的食欲，进而促进进食和增重。不过，这种效应在雌性小鼠中并不显著，因为雌激素会干扰皮肤内脂肪细胞释放的饥饿素。
此外，在一项实验中，人类男性皮肤样本在照射紫外线5天后会增加饥饿素的表达，这与阳光照射后观察到的摄食行为增加是一致的。
该研究发现了皮肤脂肪可能是通过阳光照射调控进食行为的一个介质，或为能量平衡方程添加一种新的脂肪组织亚型。
在一篇同时发表的“新闻与观点”文章中，国际同行专家指出，该项研究无疑为后续研究皮肤在能量和代谢稳态中的作用打下了基础。
作者：孙自法 来源：中国新闻网
转自： 建强伟业科研服务
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