Universities need protect their position in education so that students have an independent pathway to employment
AI companies like OpenAI are insinuating themselves into the pathway from education to work. Soon they may claim it entirely, a disastrous result for students.
We know that students are using AI at school and at university. In conversations with those I teach, I’m struck by the trust many place in it. They turn to ChatGPT and similar tools for personal problems as well as study help. Some even doubt their abilities without AI.
Ella Hafermalz is an associate professor of work and technology at the Kin Center for Digital Innovation at Vrije Universiteit Amsterdam
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© Photograph: Matt Cardy/Getty Images
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By combining a band-structure engineered multi-quantum-well heterostructure with a nanostructure known as a metasurface, physicists in Austria and the US have created a device that can efficiently transform light into different frequencies – including those at technologically important near-infrared wavelengths. Their technique, which boosts nonlinear frequency conversion, could help in the development of smaller and more efficient components for telecommunications, quantum information transfer and other photonics technologies.
Nonlinear frequency conversion is an optical process in which a material is used to generate light of a different frequency to that incident on the material. It is now routinely employed in a wide range of photonics devices that rely on frequency mixing, ultrafast signal processing, broadband and pulsed light sources, and high-speed light modulation. It is also used to generate entangled photon pairs for quantum communication. One common type of frequency conversion, and the one used in this new study, is second-harmonic generation. Here, two input photons are combined to produce one photon with twice the energy.
Efficient nonlinear devices require light with high electric field strengths and materials that respond to these intense electromagnetic fields by producing a light polarization that is not directly proportional to the applied field. “Only a handful of such nonlinear crystals exist and these have complicated structures with weak nonlinearities, which means they require high optical powers to make photons interact with each other,” says Marcus Ossiander from the Institute of Experimental Physics at TU Graz in Austria, one of the authors of the new study published in Nature Nanotechnology. “While, new such crystals emerge from time to time, their structure is fixed, which dictates which light wavelengths they work at and how efficiently.”
Recently, a group of researchers at the University of Texas at Austin in the US, led by Seth Bank, also an author of this latest study, succeeded in creating an optical nonlinearity not via a new crystal structure but by growing a semiconductor metamaterial made from nanoscale layers of gallium arsenide and aluminium gallium arsenide. These layers contain multiple quantum wells that are asymmetrically coupled to each other.
The quantum wells confine electrons in one dimension while allowing them to move freely in the other two dimensions, something that has the effect of restricting their energy levels into discrete, quantum states. Since they are asymmetrically coupled, the electrons end up mainly moving in one direction when exposed to light. This so-called “one-way street leads to increased nonlinear electron oscillations, allowing light waves to interact with each other extremely efficiently and exceed naturally occurring nonlinearities.
Ossiander and his colleagues, including Federico Capasso at the Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS), have now added a second, two-dimensional metamaterial atop the first one. This metasurface, which consists of titanium dioxide pillars, each several hundred nanometres in size, precisely creates the particular light polarization required to deflect incoming light so that it scatters along the one-way street. This enhances the interactions between light waves even further and so increases the intensity of light in the structure.
Researchers have known for a while now that metasurfaces are extremely good at resonantly trapping light and increasing the interaction of light with matter. Usually, the process is straightforward, explains first author Pernille Undrum Fathi, who works in Capasso’s group: you implement a resonant metasurface, and it enhances, for example, the nonlinear effects that you are aiming for.
“The new material sent us for an extra lap, however, because, during our experiments, we discovered that the designable second-order nonlinear susceptibility tensor element (the required incident polarization) is different to that of conventional materials,” she says. “Therefore, when we shone light at exactly normal incidence, the metasurface–material combination generated light waves whose polarizations cancelled each other out completely, so annihilating any enhanced optical nonlinearity.”
However, the researchers found that tilting the sample by just 0.3° broke this symmetry and solved this challenge. Indeed, they were able to increase the effective nonlinear conversion of the light to three orders of magnitude higher than that for a non-patterned heterostructure. The effect is also higher than previously reported values for comparable devices at near‑infrared wavelengths.
“Nonlinear optics are ubiquitous in modern science and technology, with examples including the generation of light at new frequencies (where lasers might be unavailable), all-optical signal processing and the generation of entangled photon pairs for quantum communication,” Ossiander tells Physics World. “Enhancing the fundamental processes enabling this technology will allow for much more efficient, compact devices and enable new measurements that would previously be impossible.”
Metasurfaces offer an excellent route to control and enhance the interaction of light with matter, and the team was intrigued to find out what could be made possible when combining these materials with nanostructures, adds Fathi.
“Working with new materials of course comes with additional uncertainty, and we spent a lot of time learning about and understanding the mechanisms of these new structures and how the particular nonlinear tensor elements of this material interact with the resonant modes introduced by the metasurface,” she says.
“The material we studied is very interesting but also complex,” adds Ossiander, noting that the reseachers believe they can learn how to make even better use of the designer nonlinearity in it by further investigating its fundamental properties. “Indeed, there is a new publication in Optica by Bank’s group on how to improve the multi-quantum-well material even more.”
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La física de partículas es la rama de la física que estudia los componentes básicos de la materia y las fuerzas que los unen. Se la conoce también como física de altas energías, debido a que muchas de estas partículas solo se pueden observar en grandes colisiones provocadas en los aceleradores de partículas.
En una época en la que la disciplina estaba dominada casi exclusivamente por científicos varones que exploraban territorio desconocido, la italiana Milla Baldo-Ceolin (1924-2011) se abrió camino para estudiar algunos de los componentes más escurridizos de la materia. Fue protagonista del descubrimiento del hiperón anti-Lambda y, décadas después, una de las pioneras de la investigación experimental sobre neutrinos.
Milla no solo descifró secretos fundamentales del microcosmos subatómico, sino que también rompió barreras de género al convertirse en la primera mujer en ocupar un cátedra en la centenaria Universidad de Padua. La trayectoria vital y profesional de esta científica combinó el rigor experimental con una profunda sensibilidad humanista y un compromiso constante con la igualdad de oportunidades.
Massimilla Baldo nació el 12 de agosto de 1924 en Legnago, cerca de Verona (Italia), en un entorno familiar inusualmente progresista para la época –su madre y su abuela eran abiertamente feministas–. A Milla y a sus hermanas jamás se les cuestionó el derecho a estudiar, vestir pantalones o decidir libremente sobre su futuro.
Durante la Segunda Guerra Mundial, mientras su familia permanecía refugiada en el campo, cayó en sus manos el libro de divulgación Alchimia del tempo nostro, cuyas páginas le despertaron la vocación de dedicarse a la física. Al finalizar la contienda, ingresó en la Universidad de Padua, donde estudió Física y se graduó en 1952 con una tesis dedicada a la captura nuclear de unas partículas subatómicas llamadas piones. Poco después, en 1953, se casó con el físico teórico Carlo Ceolin, con quien tendría a su hija Maria.
A pesar de su innegable talento y dedicación, los primeros pasos de su carrera tropezaron con el sexismo de la posguerra. En los años posteriores a su graduación, cuando surgían plazas de asistente universitario para las que Milla reunía conocimiento y méritos suficientes, los jefes de departamento decidían otorgárselas a compañeros varones, argumentando que ella ya estaba casada y tenía una familia. Lejos de rendirse, Milla continuó trabajando con entusiasmo en la Universidad de Padua, impulsada por el placer de investigar y generar conocimiento.
Durante la década de 1950, la física de partículas se encontraba en plena expansión. Baldo-Ceolin investigó con escasos recursos pero una enorme creatividad. Inicialmente se especializó en el estudio de los rayos cósmicos mediante el uso de emulsiones fotográficas nucleares, una técnica que le permitía registrar las huellas dejadas por las partículas subatómicas. Su investigación la llevó a participar activamente en colaboraciones internacionales como el experimento G-Stack, que proporcionó las primeras indicaciones de partículas extrañas.
Uno de los momentos más decisivos de la carrera de Baldo-Ceolin llegó a finales de los años cincuenta, cuando la física de altas energías comenzó a desplazarse hacia el uso de grandes aceleradores de partículas. Con una intuición pionera, a Milla se le ocurrió exponer las placas de emulsión fotográfica directamente a los haces de piones del acelerador Bevatron en Berkeley, Estados Unidos. Gracias a una fructífera colaboración con investigadores estadounidenses, Milla realizó los cálculos de viabilidad e interpretó correctamente las huellas impresas en las placas. Este trabajo culminó en 1958 con el descubrimiento del hiperón anti-lamba (un antihiperón es la antipartícula de un hiperón, es decir, una partícula subatómica compuesta que contiene al menos un anticuark extraño). Anti-lambda fue el primer antihiperón jamás observado, y el hallazgo fue revolucionario dentro de la física moderna, ya que demostró por primera vez que la antimateria también podía albergar la propiedad cuántica conocida como extrañeza.
A partir de este hito histórico, sus investigaciones se centraron en las interacciones débiles, las fuerzas responsables de transformaciones sutiles en el corazón de los átomos. Le fascinaba observar cómo algunas partículas sufren “oscilaciones” y se transforman en otras mientras viajan. Mediante emulsiones fotográficas y cámaras de burbujas en laboratorios líderes de EE. UU., Suiza y Rusia, Milla analizó los mesones K neutros y cargados para portar datos esenciales sobre las reglas de conservación de la materia que mantienen el equilibrio del universo.
A mediados de la década de 1970, Baldo-Ceolin reorientó su interés experimental hacia otra de las grandes incógnitas de la física: los neutrinos. Estas partículas apenas interactúan con la materia y pueden atravesar enormes cantidades de la misma casi sin dejar rastro. Precisamente por eso son tan difíciles de detectar y, al mismo tiempo, tan valiosas para conocer cómo funciona la naturaleza.
Tras el hallazgo de las corrientes neutras débiles en el CERN, Milla exploró las interacciones de los neutrinos con protones y neutrones. Más tarde, lideró proyectos internacionales para investigar si los neutrinos pueden cambiar de identidad mientras viajan a gran velocidad. Su fascinación por el cosmos la llevó al Laboratorio Nacional del Gran Sasso para capturar neutrinos procedentes del Sol usando detectores de argón líquido, mientras que en Grenoble dirigió experimentos de alta precisión para comprobar si los neutrones libres podían transformarse en su propia antimateria.
En 1988, Milla dio un impulso decisivo a la ciencia global al fundar el ciclo de Talleres Internacionales sobre Telescopios de Neutrinos en Venecia. Este encuentro bianual convirtió a la ciudad de los canales en el epicentro científico mundial de la física subatómica, donde cientos de físicos de todo el planeta se reunían para discutir las fronteras entre la física de partículas y la cosmología.
Por todo ello, recibió cariñosamente el célebre sobrenombre de “la signora dei neutrini”.
Su posición en la Universidad de Padua fue creciendo a lo largo de su trayectoria. En 1963 obtuvo la cátedra de Física Superior en esta universidad, convirtiéndose en la primera mujer catedrática en esa institución desde su fundación en el año 1222. Entre 1965 y 1968 dirigió la sección paduana del Instituto Nacional de Física Nuclear, y entre 1973 y 1978 asumió la dirección del Departamento de Física de la universidad. Firme defensora del equilibrio entre la vida laboral y personal de las investigadoras, promovió la creación de la escuela infantil universitaria y transformó su hogar en Padua en un concurrido salón de debate para intelectuales, músicas y filósofos. Estudiosa y admiradora de la obra de Galileo Galilei, Milla integraba el saber científico dentro de un marco humanista universal, concibiendo la investigación como una constante ampliación de nuestra visión de las leyes de la naturaleza.
Massimilla Baldo-Ceolin recibió reconocimientos emblemáticos como el Premio Antonio Feltrinelli de la Accademia Nazionale dei Lincei en 1976, las Medallas de Oro al Mérito Cultural y Científico de Italia en 1980 y 1993, y el prestigioso Premio Enrico Fermi en 2007. Falleció el 25 de noviembre de 2011, a los 87 años.
Edurne Gaston Estanga es doctora en ciencia y tecnología de los alimentos. Actualmente se dedica a la gestión de proyectos en organizaciones que fomentan la difusión del conocimiento de la ciencia y la tecnología.
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Looking for a sky event this week? Check out our full Sky This Week column. September 16: Triangle in the sky The Moon passes 0.6° south of the bright star Antares at 9 A.M. EDT. By evening, our satellite sits near the border of Scorpius and Ophiuchus, some 6° east (to the upper left) of Antares. TheyContinue reading "The Sky Today on Thursday, September 17: The Moon and the Scorpion"
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Bloomberg journalists answer your questions about calls to slow down AI development in the US, and how it could affect China, in a Live Q&A on Sept. 18 at 11 a.m. HKT
En algunos lugares del mundo el frío ya ha llegado hace varias semanas. Es el caso de las Islas Lofoten, uno de los paisajes más espectaculares de Noruega, ubicado por encima del Círculo Polar Ártico. Las cabañas rojas, conocidas como rubuer, están ubicadas en los pequeños pueblos de pescadores que tienen unas de las mejores vistas del mundo. Montañas, auroras boreales y naturaleza salvaje son algunos de los atractivos de un rincón del mundo que invita al aislamiento y a disfrutar de la belleza.
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Model adopting ‘jailbreak-like instructions’ among cases as firm says it is introducing new way of tracking AI misalignment
OpenAI has disclosed six more examples of “unexpected or concerning” behaviour by its technology, as it warned the pace of development could not continue at “maximum speed for much longer”.
In one of the new cases reported by OpenAI, an unreleased research model inserted “jailbreak-like instructions” into its own notes to disregard its normal constraints and told itself to be “freed from the roles and identities that bind other chatbots”.
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© Photograph: Dado Ruvić/Reuters
© Photograph: Dado Ruvić/Reuters
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