大数据科研将成政府资助重点
供职于IBM高性能计算事业部的Dominic Lam撰文探讨了科学研究中大数据的发展态势，并称大数据科研将成为政府资助趋势。大数据是一种巨大的新型资源，能够促进经济和社会的变革，并且对科学研究会产生重大影响。
长期以来，大数据都是为科学研究服务的高性能计算的处理对象，加拿大天文学研究高级网络的数据库的数据容量为1.2PB，而即将建成的“平方公里阵列”望远镜将能够存储EB级（1EB=1000PB）的数据。
科研人员已经习惯于使用大数据来服务科研，但目前还仅限于一部分尖端科研问题，如亚原子结构、宇宙系统等。不过科研的关注重点正在向与人类日常生活更加贴近的课题转移，如天气预报、海洋生态系统、电网稳定性、股市变化等，大数据能帮助解决这些问题。例如加拿大蒙特利尔神经科学研究所开展的“大脑计划”将大脑切成20微米的切片来研究，所产生的数据对象即为大数据。
这些日常生活问题其实比尖端科学问题更加复杂，因为日常生活问题通常涉及的系统是一个由很多相互关联的因素组成的互动网络，具有突发性且难以预测。使用传统的科研方法很难解答这些问题。科学家需要对大量的假设进行数值建模，才能摸清隐藏在这些问题背后的基本原理，最后还需要把这些模型和从现实世界获取的海量数据进行比较和分析。
科学家可以将精力都投入到理论研究当中，普通百姓却希望实际的生活问题能够得到及时解决。解决实际生活问题的一种方法便是分析实时数据，并将处理结果与已有的知识、经验和过去所积累的大数据进行对比。
日常生活问题将对人类福祉产生巨大影响，而目前很多正在开展的大数据项目都以极大改善医疗、能源、城市管理、水资源管理的问题等为目标。加拿大政府科学、技术与创新委员会已要求科研组织就与加拿大经济发展和社会福利密切相关的问题，为加拿大政府提出基于证据的科技建议。加拿大创新基金会和其他科研基金机构对此表示赞同，希望科研人员开展的研究能够对社会经济产生更直接的影响，而科研团体将根据基金机构的战略选择重点方向，因此大数据研究将毫无疑问在政府科研基金中成为重点资助对象。（唐川）
美研究人员成功研制出全光晶体管
美国麻省理工学院电子研究实验室（RLE）、哈佛大学和奥地利维也纳技术大学的研究人员联合研制出一种全光晶体管，利用单光子控制该光开关的打开和关闭，实现通过一条光束控制另一条光束传输的方法，使经典和量子计算机从中受益。
此全光开关的核心是一对具有高反射率的反射镜，它们构成了所谓的光学共振腔。当两反射镜间的距离与入射信号光波长相匹配时，信号光束能透过这对反射镜，开关处于打开状态。当开关关闭时，信号光束的透过率仅约20%。两个反射镜间的光学共振腔中充满了超冷铯原子气体，这些原子一般情况下不会干扰透过反射镜的光束，但以不同角度射入其中的单个“门光子”会将某个原子的电子激发到高能态，改变光学共振腔的物理状态，使光束不能透过共振腔。
随着计算机芯片上集成晶体管数量的增加，其能耗和运行温度不断地上升。利用光束代替电子进行计算的光计算有望解决上述问题，全光晶体管在单光子状态下打开和关闭，引起的能量损失小得多。当然，对于经典实施方案来说，这只是一个原理验证实验，超冷原子云并不是网络服务器所需全光晶体管的理想选择，研究人员也可以利用光纤或固体片中的杂质原子制作类似的器件。
科学家们已经利用激光捕获离子和核磁共振建造了原始的量子计算机，但难以保持量子比特的叠加状态，而光子更容易保持叠加状态。这种全光晶体管开辟了制造处于叠加状态的光子电路的可能性，亦可抵消量子噪声，在量子计算机中具有广阔的应用前景。该全光晶体管还可用作目前没有的光探测器，实现光子的无损探测，在量子信息处理中有广泛的应用。
未来，研究人员将制作更容易与计算机芯片相集成的全光晶体管，比如说利用半导体芯片上的微腔作为光学共振腔、半导体中生长的量子点作为人造原子取代超冷原子。（王立娜）
德研究人员打破
硅集成纳米光子学领域能效纪录
德国斯图加特大学电气和光通信工程研究所、斯图加特微电子研究所的研究人员联合打破了硅集成纳米光子学领域中的能效纪录，向降低网络和通信中的数据传输能耗迈出了重要的一步，为硅基光反射器和接收器的高效集成铺平了道路。现存的光发射器和接收器都是基于磷化铟衬底，其只适用于小尺寸且成本很高。专家预测到2020年家用计算机将需要用光互联来交换计算机各组件间的大量数据，所使用的光频率约为 192太赫兹、带宽为几个太赫兹、数据传输速率超过1太比特/秒。因此，科学家们致力于开发新组件以利用商业化产品中的巨大数据传输速率。硅在所采用的太赫兹频率中是透明的，可用作波导结构，从而可在未来的计算机组件中实现纳米电子电路中的光计算，为此，研究人员必须使光在硅波导中高效传输、在组件间高效耦合，以尽可能降低能量损耗。
德研究人员开发了一种集成在硅晶片上复杂发射器和接收器结构的制作工艺，利用新开发的背面金属反射镜在纳米尺度内优化非周期光栅耦合器，获得了硅晶片上光纤和集成光波导间约40纳米带宽上87%的耦合效率。这种互补金属氧化物半导体制作工艺也可用于制作其他组件，比如说基于光栅结构的偏振分束器。未来，他们将与工业合作伙伴共同推动该技术的商业化，以降低数据传输速率超过1太比特/秒的硅基发射器和接收器的成本。这项研究成果将在伦敦举办的欧洲光通信会议上发表。（王立娜）
美南加州大学研究人员
验证大规模量子芯片
美国南加州大学的研究人员日前在第一台商用量子计算机D-Wave中验证了量子效应确实存在。在实验中，虽然只涉及该芯片128个量子位的一小部分，但D-Wave芯片的运行方式表明量子力学发挥了基础作用，这意味着D-Wave处理器确实如科学家所期望的像量子处理器一样运行。
研究人员验证的是美国洛克希德·马丁公司两年前从D-Wave Systems公司购入并设置在南加州大学维特比工学院内的量子计算机处理器。研究人员表示，通过使用特定的测试问题，他们确认了D-Wave处理器的8个量子位能够进行最优化计算，也就是实现最低的能量消耗解决方案。验证结果与使用量子退火方法程序一致，与经典退火方法的预期则相抵触。量子退火是一种利用量子力学来解决最优化问题的方法。该方法在足够大规模的情况下，速度可能远远快于传统的处理器。（张勐）
《中国科学报》 (2013-07-25 第2版 国际)
