量子コンピューターで化学反応速度を1000億分の1に減速――フェムト秒の現象をミリ秒で観測可能に - fabcross for エンジニア
豪シドニー大学の科学者たちは、量子コンピューターを用いて、化学反応における重要な過程の進行速度を1000億分の1に減速させることで、直接観察することに初めて成功した。この研究は2023年8月28日付で『Nature Chemistry』誌に掲載された。 植物が太陽からエネルギーを得る光合成のような光化学反応では、分子は超高速でエネルギーを伝達し、「円錐交差」として知られるエネルギー交換領域を形成する。円錐交差は化学において重要な概念であり、光合成や人間の視覚における集光といった高速の光化学過程に不可欠なものだ。 自然界では、すべての過程がフェムト秒（1000兆分の1秒）以内に終わる。化学者たちは、1950年代から化学力学におけるこの幾何学的過程を直接観察しようとしてきたが、非常に速く進行し、完了までの時間が極度に短いため、その過程を直接観察することはできなかった。 今回、理論化学と実験量子
淡水化も精製も不要――海水から直接水素を製造する安価な手法を開発 - fabcross for エンジニア
オーストラリアのアデレード大学化学工学科の研究チームが、淡水化や精製、アルカリ化などの前処理プロセスなしに、天然の海水をそのまま原料として直接電気分解し、水素を安価に製造する手法を考案した。表面にCr2O3層を導入したCoOxを触媒としたものであり、高価な貴金属触媒を用いて、高度に精製された水を電気分解する現行の水素製造プロセスと同等の結果が得られることを示している。研究成果が、2023年1月30日に『Nature Energy』誌に論文公開されている。 燃料電池車や発電などの分野において、CO2を排出しない次世代エネルギーとして期待されている水素は、化石燃料の部分酸化や水蒸気改質、または水の電気分解によって製造されている。特に、再生可能な電力を用いた水の電気分解は、製造工程においてもCO2を排出しないことから、最もグリーンな水素製造法として期待されている。 現在実用化されている水電解法に
光の速度より速い物体が存在する可能性――超光速の視点から特殊相対性理論を拡張 - fabcross for エンジニア
超光速の視点から特殊相対性理論を拡張し、量子力学の基本原理を取り入れることが可能になるという理論の研究が発表された。超光速の世界は、3つの時間次元と1つの空間次元からなる時空で説明され、さらには超光速の物体が本当に存在する可能性もあるとしている。この研究は、ポーランドのワルシャワ大学と英オックスフォード大学によるもので、2022年12月30日付で『Classical and Quantum Gravity』に掲載された。 1905年に発表された特殊相対性理論によって、3次元空間に時間が4つ目の次元として加わり、これまで別々に扱われてきた時間と空間の概念がまとめて扱われるようになった。特殊相対性理論は、ガリレオの相対性原理と光速の不変性という2つの仮定に基づいている。 この2つのうち重要なのはガリレオの相対性原理だ。この原理では、全ての慣性系において物理法則は同じであり、全ての慣性観測者は同
ハンドスピナーの原理を使った尿路感染症検出器を開発――無電源で病原体を検出、同定する - fabcross for エンジニア
蔚山科学技術大学校の研究グループは、ハンドスピナーの原理を応用して、手動で尿路感染症の診断と抗菌薬感受性検査を高感度かつ迅速に行える手法を開発した。研究成果は、『Nature Biomedical Engineering』誌に2020年5月18日付で掲載されている。 患者のそばで臨床検査や診断をするポイントオブケアのための装置は、その場で正確かつ迅速に診断できることが必要だ。特に、電源や医療スタッフが不足しているような限られた環境で使用するためには、安価で、操作が容易で、丈夫で、シンプルな装置でなければならない。 今回研究グループは、おもちゃのハンドスピナーにヒントを得て、1mlの尿原液を5分でろ過できる診断用ハンドスピナー（Dx-FS）を開発した。手動で1～2回転させるだけで100倍に濃縮でき、細胞培養することなく肉眼で病原体を検出、同定できる。 Dx-FSが目詰まりすることなく素早く病
50年来の信号処理に関する謎が解かれる、逆高速フーリエ変換がついに一般化 - fabcross for エンジニア
アメリカのアイオワ州立大学電気コンピューター工学科准教授のAlexander Stoytchev氏と博士課程学生のVladimir Sukhoy氏は、信号処理の肝と言われる高速フーリエ変換（Fast Fourier transform：FFT）と逆高速フーリエ変換（Inverse Fast Fourier transform：IFFT）のアルゴリズムの研究を進め、50年間にわたり謎であったIFFTアルゴリズムを解明したと発表した。研究成果は『Scientific Reports』に論文「Generalizing the inverse FFT off the unit circle」として2019年10月8日に発表されている。 FFTアルゴリズム自体は1965年に公開され、その4年後には汎用性の高い一般化されたバージョンであるチャープZ変換（CZT）も開発されてきた。しかし、IFFTアルゴ
42は3つの立方数の和で表せる――惑星コンピューターを使って最後の難問を解く - fabcross for エンジニア
ブリストル大学とマサチューセッツ工科大学（MIT）が率いるチームは、65年におよぶ数学パズルで、最後まで残っていた解を求めることに成功した。 この問題は1954年にケンブリッジ大学で設定された方程式 x3+y3+z3=k について、k=1から100までのすべての解を求めるというものだ。このディオファントス方程式（Diophantine Equation：多変数多項式の整数解や有理数解を求める問題）を解くには、膨大な計算を必要とするため、当時すぐに手に負えなくなった。しかしその後のコンピューターの進歩により、それぞれのkについて解が求まり、あるいは解がないことが証明され、「33」と「42」が残っていた。このうち「33」については、ブリストル大学のAndrew Booker教授がスーパーコンピューターを使って解を求めることに成功し、残るは「42」だけとなっていた。 奇しくも「42」は、イギリス
ほとんど水、カロリー4分の1の「バター」を開発――人工安定剤不要、タンパク質やビタミンの追加も可能 - fabcross for エンジニア
ほとんどが水で構成される低カロリーの“バター”が開発された。この研究は、コーネル大学の食品科学の教授のAlireza Abbaspourrad氏らによるもので、2019年6月27日に『ACS Applied Materials & Interfaces』に掲載された。 この研究では、バターの代替品を作り出すために、ごく少量の植物油と乳脂肪を使って大量の水を乳化する新しいプロセスを見出した。水と油を乳化すること自体は新しくないが、今回、高内相エマルション（high-internal phase emulsions: HIPE）技術を用いることで、最終組成が水80％、油20％の“バター”を作り出した。 一般的なバターは、水分が約16％、脂肪が約84％となっている。大さじ1杯当たり、脂肪が約11g、ほぼ100カロリーだ。それに対し、今回開発された“バター”は、大さじ1杯当たり、脂肪2.8g、25
MIT、確率的プログラミング言語「Gen」を開発 - fabcross for エンジニア
米マサチューセッツ工科大学（MIT）の研究チームは、初心者から専門家までそれぞれの用途にあったAIモデルを作成できる確率的プログラミング（PP：Probabilistic Programming）システム「Gen」を発表した。自動化、柔軟性、スピードといった特徴を併せ持ち、自動システム、ヒューマンマシンインタラクション（HMI）、拡張現実まで幅広く利用できる。研究結果は、2019年6月24日から26日に開催された「PLDI（Programming Language Design and Implementation conference）2019」にて発表された。 Genは、MITが以前開発した初期の確率的プログラミングシステム「Church」の概念をもとに、同じくMITで開発した汎用プログラミング言語「Julia」にいくつかのモデリング言語を取り入れて、さらに汎用性を高めたシステムだ。G
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