量子计算算法;可穿戴技术。
算法可以推进量子计算
洛斯阿拉莫斯国家实验室的科学家报告了量子计算算法这有望为量子到经典的转变提供更好的理解，使生物蛋白质和其他高级应用的模型系统成为可能。
洛斯阿拉莫斯国家实验室凝聚态和复杂系统物理组的帕特里克·科尔斯说:“当你向量子系统中添加越来越多的粒子时，量子到经典的转变就发生了，这样奇怪的量子效应就消失了，系统开始表现得更经典。”对于这些系统，基本上不可能使用经典计算机来研究量子到经典的转变。我们可以用我们的算法和由几百个量子比特组成的量子计算机来研究这一点，根据该领域目前的进展，我们预计在未来几年内就能实现。”
回答量子到经典跃迁的问题是出了名的困难。对于多于几个原子的系统，这个问题很快就变得棘手起来。每增加一个原子，方程的数量就会呈指数增长。例如，蛋白质由一长串分子组成，它们可能成为重要的生物成分或疾病的来源，这取决于它们如何折叠。虽然蛋白质可以是相对较大的分子，但它们足够小，以至于在试图理解和预测蛋白质如何折叠时，量子到经典的转变以及可以处理它的算法变得非常重要。
白色十字架代表一个简单量子问题的解决方案，该解决方案是由洛斯阿拉莫斯国家实验室开发的一种新的量子计算机算法分析的。图片由洛斯阿拉莫斯国家实验室提供。
为了研究量子计算机上量子到经典跃迁的各个方面，研究人员首先需要一种方法来描述量子系统与经典行为的接近程度。量子物体同时具有粒子和波的特征。在某些情况下，它们像小台球一样相互作用，在另一些情况下，它们相互干扰，就像海洋中的波浪结合起来形成更大的波浪或相互抵消一样。波状干涉是一种量子效应。幸运的是，当没有干扰时，量子系统可以用直观的经典概率来描述，而不是更具有挑战性的量子力学方法。
LANL小组的算法决定了一个量子系统有多接近经典行为。结果是一个工具，他们可以用来搜索量子系统中的经典性，并理解量子系统最终在我们的日常生活中是如何经典的。
软可穿戴设备
休斯顿大学(University of Houston)和佐治亚理工学院(Georgia Institute of Technology)的研究人员正在分别研究可穿戴技术，试图让这种设备在日常生活中不那么突兀。两个小组都在应对卫生保健方面的物质和技术挑战。
可穿戴的人机界面——可以收集和存储关于穿戴者的重要健康信息的设备，以及其他用途——受益于电子、材料和机械设计的进步。但目前的型号仍然笨重、不舒服，而且不能同时处理多种功能。
研究人员发现了一种多功能的，超薄可穿戴电子设备这是佩戴者察觉不到的。
休斯顿大学Bill D. Cook机械工程副教授、该论文的主要作者余存江说，这种设备可以让佩戴者自然地移动，而且比贴创可贴更不引人注目。该论文发表在《科学进展》杂志的封面故事上。
“一切都很薄，只有几微米厚，”Yu说，他也是德克萨斯大学超导中心的首席研究员。“你将感觉不到它。”
它有可能作为机械手或其他机器人设备的假体皮肤，具有强大的人机界面，使其能够自动收集信息并将其反馈给佩戴者。
这在医疗保健方面也有应用——“如果当你和机械手握手时，它能立即推断出身体状况呢?”Yu问道，以及化学品泄漏等情况，这些情况对人类来说是有风险的，但需要人类根据物理检查做出决策。
虽然目前的设备越来越受欢迎，但研究人员表示，它们可能戴起来笨重，响应时间较慢，而且随着时间的推移性能会下降。更灵活的版本无法同时提供多种功能——例如传感、开关、刺激和数据存储——而且通常价格昂贵，制造复杂。
论文中描述的装置是一种基于聚合物的金属氧化物半导体，具有制造优势，可以在低于300摄氏度的温度下加工。
研究人员写道:“我们报告了一种超薄的、机械上难以感知的、可拉伸的人机界面设备，它可以戴在人体皮肤上捕捉多个物理数据，也可以戴在机器人上提供智能反馈，形成一个闭环人机界面。”“这种多功能软弹性HMI器件是基于一步成型的、溶胶-凝胶-聚合物处理的氧化铟锌半导体纳米膜电子器件。”
除了Yu，论文的共同作者还包括第一作者Kyoseung Sim, Zhoulyu Rao, Faheem erhad, Jianming Lei, Anish Thukral和Jie Chen，他们都是UH;来自科罗拉多大学的邹展南和肖建良;以及中国南京东南大学的黄庆安。
与此同时，佐治亚理工学院的研究小组提出了无线可穿戴显示器由可拉伸电子设备组成，可以对成人、婴儿和儿童进行舒适、长期的健康监测，而不用担心由导电凝胶的传统粘合剂传感器引起的皮肤损伤或过敏反应。
这款柔软而舒适的监控器可以将心电图、心率、呼吸频率和运动活动数据广播到15米远的便携式记录设备上，如智能手机或平板电脑。电子元件被安装在可拉伸的衬底上，并通过印刷连接器连接到类似皮肤的金电极上，这些连接器可以与嵌入的医用薄膜一起拉伸。
“这种健康监测器对经常运动的幼儿有一个关键优势，因为这种柔软的适形设备可以适应这种活动，并与皮肤温和地融合在一起。”乔治·伍德拉夫机械工程学院和佐治亚理工学院华莱士·h·库尔特生物医学工程系的助理教授yewoon - hong Yeo说，“这是为了满足那些敏感皮肤可能被传统监测器伤害的人的电子健康监测需求。”
监控器的详细信息发表在7月24日的《先进科学》杂志上。这项研究得到了亚特兰大儿童保健中心的Imlay创新基金、NextFlex(柔性混合电子制造研究所)以及佐治亚理工学院电子和纳米技术研究所的种子基金的支持。该监控器已在动物模型和人体上进行了研究。
由于该设备符合皮肤，它避免了典型的金属凝胶电极在皮肤上运动时产生的信号问题。该设备甚至可以从走路、跑步或爬楼梯的人那里获得准确的信号。
Yeo说:“当你把一个传统的电极放在胸部时，坐起来或走路的动作会产生运动伪影，很难将其与你想要测量的信号分开。”“因为我们的设备是柔软和保形的，它可以随着皮肤移动，并提供传统传感器无法看到的运动伪像信息。”
亚特兰大儿童保健中心的儿科心脏病专家凯文·马赫(Kevin Maher)博士说，使用无线健康监测器进行持续评估可以改善对儿童的评估，帮助临床医生更早地识别趋势，可能有助于在病情进展之前进行干预。
Maher说:“从呼吸和心血管系统产生的连续数据可以允许应用先进的诊断方法来检测临床状态的变化，对治疗的反应和早期干预的实施。”“一种可以跟踪儿童每一次呼吸的设备可以在疾病出现更严重之前进行早期识别和干预。”
他说，在家中使用可穿戴式监视器可以检测到原本不太明显的变化。在临床环境中，这种无线设备可以让孩子们感觉不那么受设备的“束缚”。Maher补充说:“我认为这个设备是儿科医疗保健的一个重大变化，我很高兴能与佐治亚理工学院合作开展这个项目。”
监控器使用嵌入在薄膜中的三个金电极，其中还包含电子处理设备。整个健康监测器的直径只有3英寸，正在开发的更先进的版本将是这个尺寸的一半。这种无线监控器现在由一块小型可充电电池供电，但未来的版本可能会用外部射频充电系统取代电池。
Yeo和他的合作者，包括第一作者和博士后yun - sung Kim，正专注于儿科应用，因为需要在儿童中进行动态监测。然而，他们设想健康监测器也可以用于其他患者群体，包括可能也有敏感皮肤的老年人。对于成年人来说，还有额外的好处。
杨说:“这种监控器可以佩戴好几天，也许长达两周。”“这种薄膜是防水的，所以成年人可以穿着它洗澡。使用后，电子元件可以回收。”
已经开发了两个版本的监视器。一种是以医用胶带为基础，设计用于医院或其他护理机构的短期使用，而另一种则使用一种经批准用于伤口护理的软弹性体医用薄膜。后者可以在皮肤上停留更长的时间。
杨解释说:“这些设备是完全干燥的，不需要凝胶就能从皮肤上获取信号。”“在皮肤和超薄传感器之间没有任何东西，所以戴起来很舒服。”
由于监控器可以长时间佩戴，它可以提供长期的ECG数据记录，有助于了解潜在的心脏问题。Yeo说:“我们使用深度学习来监测信号，同时将它们与来自更大患者群体的数据进行比较。”“如果检测到异常，可以通过智能手机或其他连接设备无线报告。”
监控器电路的制造使用了薄膜，网状的铜图案，可以与软基板一起弯曲。芯片是唯一不灵活的部分，但它们被安装在应变隔离的软基板上，而不是传统的塑料电路板上。
下一步，Yeo计划缩小设备的尺寸，并增加测量其他健康相关参数的功能，如温度、血氧和血压。一个重要的里程碑将是一项临床试验，以评估与传统健康监测器相比的表现。
对于专攻纳米工程和微工程的Yeo来说，看到这种设备进入临床试验，并最终用于儿童医院的前景是一个强大的激励。
他说:“对我来说，看到我们开发的东西对正在遭受痛苦的人有帮助，这将是一个梦想成真。”“我们都希望看到科学和工程的发展转化为改善患者护理。”
除了那些已经提到的，论文的合著者包括来自佐治亚理工学院的Robert Herbert, Shinjae Kwon和Musa Mahmood;威奇托州立大学的李永国;埃默里大学的Nam Kyun Kim和Hee Cheol Cho;以及韩国延世大学原州医学院的金东炫。
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