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![arXiv:2404.01302v1 [quant-ph] 2024 年 1 月 13 日](/simg/4\4abf9812899fc6c6d16eb953cbe0ea146f6e9ec3.webp)
arXiv:2404.01302v1 [quant-ph] 2024 年 1 月 13 日
近年来，量子计算得到了大力发展，主要是因为与电子计算机相比，量子计算可以为许多科学应用提供惊人的加速 [1]。量子计算可以追溯到理查德·费曼（Richard Feynman）的划时代论文，他在论文中指出，物理学“不是经典的”，因此应该在量子计算机上进行模拟 [2]。根据费曼的观察（这要归功于 T. Toffoli 和 E. Fredkin 等前辈研究人员），量子计算的早期理论工作于 20 世纪 80 年代开始，例如 Deutsch 关于量子理论、通用量子计算机和丘奇-图灵原理之间联系的研究[3]。随后，随着 20 世纪 90 年代中期 Shor 整数因式分解算法和 Grover 搜索算法的发表，该研究领域在理论工作和量子计算硬件方面也获得了显著发展势头。从那时起，量子计算的研究领域一直在不断发展 [4, 7, 8]。在应用方面，量子多体系统的模拟受到了特别的关注，因为它具有科学和工业意义，也因为它与量子硬件的密切联系，这意味着可以将量子哈密顿量直接映射到本地量子门。在本文中，我们将重点关注一个不太常见的领域，即使用量子计算机模拟经典流体[50]。为此，可以方便地参考由以下四个象限定义的物理计算平面：CC：用于经典物理的经典计算；CQ：用于量子物理的经典计算；QC：用于经典物理的量子计算；QQ：用于量子物理的量子计算。如图1所示（取自[5]）。费曼的观察属于图1所示的CQ区域，在该区域人们经常会遇到与量子多体问题相空间相关的指数复杂性障碍[11,12]。基本思想是，这种指数障碍可以通过 QQ 象限提供的量子比特表示的相应指数容量来处理。在本章中，我们将重点关注对角线外 QC 象限，量子计算的能力可能会在这里实现经典物理学中的计算难题。
地下服务
后地段配电住宅地下服务布线注意事项：（所有注意事项均参见第 3-1-9 页的后地段 URD 布线指南。）1. 如果存在露台式门或窗墙，则假设将建造露台或甲板。2. 不能在相邻地段上开沟，除非在需要到达基座或变压器的地役权范围内。3. 如果电缆要从现有路面、人行道、车道等下方穿过，则需要使用导管。安装导管时，费用由客户承担。4. 有关布线规格，请参阅 SIM-ESIG 第 3-3-1 至 3-4-1 页。5. 此图显示了从地下住宅配电安装的服务，但也适用于从架空配电安装的地下服务。6. 如果拟建的独立车库与服务基座位于地段的同一侧，则需要 30 英尺的管道来保护车库建设期间的电缆。在物业线内 18 英寸处安装管道。管道由 DTE Electric 提供并安装，费用由客户承担。7. 服务不得对角安装。在物业线内 18 英寸处（不在地役权内）安装与地界平行的电缆，直至与仪表位置垂直。8. DTE 最终可能会将配电线和服务点移至住宅。可接受的仪表位置应为房屋一侧（如有必要，房屋前部也可以）靠近服务基座的区域，距离房屋后部最多 3 英尺。如果建筑物有车道，最好将仪表放置在与车道相反的房屋一侧。尽可能避免使用围栏区域。9. DTE Electric 规划师必须批准可接受区域以外的位置。费用将包括客户提供并安装的管道（带鱼线），从可接受区域的边缘一直延伸到仪表箱，加上拉动客户安装的管道中的服务电缆的不可退还的费用。客户安装的管道的最大弯曲度总计为 270。此数字包括立管处的 90 度弯曲。10. 客户可以选择为新住宅提供沟槽和/或导管
地下服务
地下服务 3-1-8 FEB 16 后地段配电住宅地下服务布线注意事项：（所有注意事项均参考第 3-1-9 页的后地段 URD 布线指南。）1. 如果存在露台式门或窗墙，则假定将建造露台或甲板。2. 不能在相邻地段开沟，除非在需要到达基座或变压器的地役权范围内。3. 当电缆从现有路面、人行道、车道等下方穿过时，需要使用导管。安装导管时，费用由客户承担。4. 有关布线规格，请参阅 SIM-ESIG 第 3-3-1 至 3-4-1 页。5. 本图显示了从地下住宅配电安装的服务，但也适用于从架空配电安装的地下服务。 6. 如果拟建的独立车库与服务基座位于地块的同一侧，则在车库建设期间需要 30 英尺长的管道来保护电缆。在地界内 18 英寸处安装管道。管道由 DTE Electric 提供并安装，费用由客户承担。7. 服务不得对角安装。在地界内 18 英寸处（不在地役权内）安装与地界平行的电缆，直至与仪表位置垂直。8. 可接受的仪表位置应为房屋靠近服务基座一侧的区域，且不超过房屋后部 3 英尺的区域。尽可能避免使用围栏区域。9. DTE Electric 规划师必须批准可接受区域以外的位置。费用将包括客户提供并安装的管道（带鱼线），从可接受区域的边缘一直延伸到仪表箱，加上用于在客户安装的管道中拉服务电缆的不可退还的费用。客户安装的管道的最大弯曲度总计为 270。此数字包括立管处的 90 度弯曲。10. 客户可以选择为新住宅服务提供沟槽和/或导管，前提是其符合上述准则并符合 DTE 电气公司可接受的规格。DTE 电气公司对因使用这些规格而造成的伤害或损害不承担任何责任。SIM-ESIG SIM-ESIG：3-1
2022 年国际科学院院士
混凝土结构的使用寿命不够长，而且失效现象十分常见。原因有两个：1）荷载的随机性，例如交通、自然灾害、环境和随机振动等荷载；2）材料特性和失效机制的不确定性。虽然前者已经取得了重大进展，但后者的进展直到最近才变得显著。混凝土结构的耐久性通常受到某些腐蚀的影响，这些腐蚀总是由宽度大于 0.1 毫米的裂缝发展引起，这些裂缝允许带有腐蚀性离子的水进入，从而控制使用寿命。历史上，大型桥梁发生失效事件的频率约为千分之一，这是不可接受的。一般认为，桥梁、核安全壳、飞机等的失效概率不得超过百万分之一，也就是被倒下的树木、闪电或野生动物击中而死亡的概率。因此，合理制定设计规范条款需要大量实验证据的推断。例如，在钢筋混凝土的剪切失效中，全球数据库包含约 800 个试验，但其中 95% 涉及 0.4 m 以下的截面深度，而实际发生的截面深度可达 15 m。对于控制桥梁和其他结构耐久性的混凝土徐变和收缩，现有数据库包含 50,000 多个数据点，但其中 96% 是通过 6 年试验获得的，99% 是通过 12 年试验获得的，而设计中通常规定 150 年的寿命。实验室测试和随机有限元代码无法提供低于 1/20 的故障概率信息，因此，如果没有间接验证的理论，就无法推断出 10 -6。本讲座认为，一种有效的扩展方法是确定规模、时间和风险范围两端的渐近定律。此类定律可以在范围的低端通过实验校准，比中间过渡简单得多。使用渐近匹配就足够了，这在流体力学中已经是一种长期常见的做法。渐近匹配可以采用多种方法，通过几个典型示例进行解释 - 1）准脆性和延性断裂缩放的尺寸效应定律，2）钢筋混凝土梁的缩放和剪切破坏，3）在水分扩散和长期水化存在下，混凝土的收缩、自生收缩、自干燥、膨胀和徐变的时间缩放，以及 4）基于交替串并联连接的概率模型将基本失效统计数据外推到失效概率 10 -6，该模型类似于对角拉的鱼网，并描述威布尔分布和高斯分布之间的过渡。
在量子计算机上准备开放 XXZ 链的精确特征态
相应的 Bethe 方程；后者通常难以求解。因此，尽管这些模型是“精确可解的”，但通常仍需要付出大量努力来明确计算感兴趣的物理量。量子计算机有望解决各种迄今难以解决的问题 [5,6]。这些问题包括分子和固态环境中多体系统的量子模拟 [7,8]。人们很自然地会问，量子计算机是否也能帮助解决计算量子可积模型感兴趣的物理量的问题。虽然求解 Bethe 方程仍然是一个有趣的开放性挑战 [9]，但最近一个重要的进展是发现了一种用于构造精确特征态的有效量子算法 [10]。该算法可能用于明确计算相关函数，否则这是无法实现的。可积模型还可以通过为量子模拟器提供试验台来影响量子计算。尽管人们正在大力开发近期算法，如变分量子特征值求解器 (VQE) [ 11 , 12 ]，以解决多体问题，但目前尚不清楚 VQE 是否能够在近期硬件上实现量子优势。另一方面，在容错量子计算机上获得一般模拟问题的量子优势被认为在量子资源方面成本极其昂贵 [ 13 – 15 ]。在嘈杂的中型量子时代 [ 16 ] 之后，早期量子计算机的可积模型的另一个好处是，它们的经典可解量可用于验证和确认目的。因此，研究特殊类别的问题（如可积模型）以更早地展示量子优势是很自然的。关键的第一步是找到解决这类问题的量子算法并量化所需的资源。 [ 10 ] 中的算法适用于闭式自旋 1/2 XXZ 自旋链，它是 Bethe [ 1 ] 求解的模型的各向异性版本 [ 17 ]，是具有周期性边界条件的量子可积模型的典型例子。将量子可积性扩展到具有开放边界条件的模型也很有趣且不平凡，参见 [ 18 – 21 ] 和相关参考文献。在本文中，我们制定了一个量子算法，用于构造具有对角边界磁场的开放自旋 1/2 XXZ 自旋链的精确本征态，这是具有开放边界条件的量子可积模型的典型例子。长度为 L 的链的（铁磁）哈密顿量 H 由下式给出
经济主题宾果
• 交易收益：“每次我们在商店购买东西时，我们都获得了所购买物品的使用权，企业也获得了经营业务的收入。” • 相互依赖：“由于我的父母全职工作，他们依靠我做一些家务，而我依靠他们赚钱来支付住房和食物。” • 稀缺性：“由于我工作、上学和参加体育运动，所以我的时间非常紧张，我没有足够的时间和朋友在周末出去玩。” 2. 告诉学生，他们将通过玩宾果游戏来更好地了解他们的同学。分发讲义 1：“经济主题宾果游戏”。让学生查看游戏板上的主题示例，并在脑海中记下他们自己生活中经历过的几个例子。让学生在房间里走动，让同学们为他们自己生活中经历过的例子签名，确保他们的名字写得清晰易读。告诉学生这些信息将会共享，因此他们只应对他们想要公开的内容进行签名。告诉学生，你将给前五名获得 Bingo 牌的学生颁发奖品，即水平、垂直或对角线上的五个签名方块。告诉学生，如果他们的 Bingo 牌中包含中间一列（空白处除外）的任何方块，他们必须在提交纸质文件以获得奖品之前，在纸质文件上写下该方块的主题。（奖品可能是糖果、家庭作业通行证、奖励积分券等。） 3. 告诉学生开始。拿出前五块完成的 Bingo 牌，确保中间一列的方块标签正确（如果适用）。在板的顶部为获胜者写上适当的数字顺序（1、2、3、4 和 5）。让学生就座。确定第一名获胜者，并让该学生说出哪个方块序列让他获得 Bingo 牌。让获胜者确定为他们的 Bingo 方块签名的学生。对于这些学生中的每一个，让他们进一步解释他们的行为。例如，如果学生签名“为父母工作以换取使用汽车”，请询问该学生这样做的原因。该学生很可能会回答，他或她获得的收益（使用汽车）在当时比成本（完成工作所需的时间和精力）更有价值。继续此过程，直到学生回答了获胜者宾果游戏的所有区块。4. 在白板或图纸上的不同空间中，列出四个主题中的每一个。这些主题应尽可能分散，以便学生可以来到白板并在每个主题下写下信息。告诉学生他们现在将被分成四组，并分配四个主题之一。
评估尼日利亚中北部Kainji湖国家公园Borgu部门的碳固换
基于树种的碳储量估计在尼日利亚很少见。因此，我们使用系统采样技术使用非破坏性方法研究了单个树木的能力。使用Borgu部门的预先分类的Landsat-Oli/TC图像铺设了一百个圆图。绘图中心已找到并用全球定位系统接收器标记。将12.61 m半径（500 m 2）的主要图细分为5.64 m半径（100 m 2）的子图。在主要地块中测量了乳房高度（dbh）≥10cm的树木，而在子图中考虑了≥5cm dbh的树。进行了物种识别和测量。核心样品。核心样品在70°C下干燥至恒定重量。然后将木材密度计算为烤箱干燥的重量/新鲜体积。地上碳上的碳确定为50％生物量。使用核心采样器和土壤螺旋钻以600个样品在两个深度的样品图内，在样品图内的三个点上对对角样品收集土壤样品。样品被气干，磨碎并通过2 mm的筛子筛分。核心采样器和环用于测量散装密度。在105°C下将样品干燥24小时。土壤有机物是通过Fe 2确定的，因此4滴定了酸 - 二足的消化，并计算了有机碳浓度。使用涉及木材密度，DBH和Tree-Height和Anova的异形方程分析树碳数据。 遇到了16个家庭中的35种树种。树碳数据。遇到了16个家庭中的35种树种。凹室微果是最常发生的（18.8％）。树种的丰富度，多样性和重要性值指数分别为2.852、4.779和41.76±35.41。Vitellaria Paradoxa和Afzelia Africana是唯一发现的脆弱物种。带有较大DBH的树木隔离了更多的碳。因此，平均DBH为111.4±0.00 cm的Adansonia digitata隔离了最高量（2.8吨/公顷），这与其他数量明显不同（p <.05）。Securidaca longipendiculata的碳量最少（0.001吨/公顷）。与此同时，土壤碳在Acacia kosiensis，V。Paradoxa和Grewia Mollis主导的地块中较高，分别为0.006758吨/ha，平均0.073±0.0021 ton/ha的bon-bon-Stock和car--bon-stock和co-2，分别为0.271±0.010吨/ha的co 2。
第 15 届年度研究生研讨会 - MIPSE
Yee 网格以交错网格为代价，本质上满足了麦克斯韦方程的对合，使其成为粒子胞内 (PIC) 方法的最佳场求解器之一。在这张海报中，我们展示了一种应对这一挑战的 Vlasov-Maxwell 系统的新 PIC 方法。使用 Lorenz 规范将电场和磁场转换为矢量和标量势，麦克斯韦方程变为一组共位网格上的解耦矢量和标量波动方程，并且在牛顿-洛伦兹方程上采用粒子更新方程的不可分离哈密顿量公式。控制势的波动方程用线转置法求解，在时间上半离散化并求解由此产生的边界值问题。这将首先使用后向差分法在时间上离散化，并使用格林函数求解边界值问题，从而得到时间上一阶、空间上五阶和无条件稳定的方法 [1]。除了这些优点之外，它的空间导数也同样精确，这意味着哈密顿更新方程中的所有导数都与场本身一样精确。此外，时间一致性特性揭示了半离散连续性方程和半离散洛伦兹规范条件之间的等价性，以及半离散洛伦兹规范条件下的高斯定律 [2]。最后，这种时间一致性特性将在许多其他共置场求解器中探索，这些求解器具有二阶中心差分格式、所有后向差分格式和所有对角隐式龙格库塔格式 [3]。数值结果将在多个实验中展示这些方法。 *本研究得到了 AFOSR 拨款 FA9550-19-1-0281 和 FA9550-17-1-0394、NSF 拨款 DMS-1912183 和 DOE 拨款 DE-SC0023164 的支持。参考文献 [1] Christlieb, AJ、Sands, WA 和 White, SR，《具有广义动量公式的等离子体粒子内胞方法》，第一部分：模型公式，2024 年。arXiv: 2208.11291 [physics.plasm-ph]。 [2] Christlieb, AJ、Sands, WA 和 White, SR，《具有广义动量公式的等离子体粒子内胞方法》，第二部分：实施 Lorenz 规范条件。J Sci Comput 101，73（2024 年）。https://doi.org/10.1007/s10915-024-02728-6。 [3] Christlieb, AJ、Sands, WA 和 White, SR，《具有广义动量公式的等离子体粒子内网格方法》第三部分：一类规范守恒方法，2024 年。arXiv: 2410.18414 [physics.plasm-ph]。
病例报告：IgG4 相关疾病的心脏变化双能量计算机断层扫描
患者为一名 63 岁男性，因腹痛入院。实验室检查显示 IgG4（19.3 g/L）升高，接近正常上限的 8 倍。腹部 CT 显示胰腺肿块及腹主动脉及胆道系统周围软组织病变。在完成一系列检查和多学科讨论后，根据 2019 年 ACR/EULAR IgG4-RD 分类标准 ( 2 ) 的纳入标准，患者累计评分为 38 分，诊断为 IgG4-RD。患者既往史包括高血压、II 型糖尿病、冠状动脉疾病伴稳定型心绞痛以及因创伤行脾切除术。通过 DECT（SOMATOM Drive，西门子医疗，德国福希海姆）和 Syngo 进行冠状动脉计算机断层扫描血管造影 (CCTA)。在工作站上，在专业工程师的指导下使用“CT冠状动脉”“CT双能量”和“CT心脏功能”工具进行测量，手动绘制圆形感兴趣区域（ROI），确保基于多平面三维重建的ROI位于病变中心，观察者内和观察者间组内相关效率（ICC）分别为0.90和0.96。基于深度学习的冠状动脉CT血管造影（FFR CT）血流储备分数测量由科亚医疗独立核心实验室进行（ 3 ）。CCTA显示多条冠状动脉中度至重度狭窄病变（图1B~D）；左前降支 (LAD) 病变最严重，狭窄程度为 75%–99%，对角支狭窄程度为 90%，左回旋支 (LCX) 狭窄程度为 75%–90%，右冠状动脉 (RCA) 狭窄程度为 50%–90%，这些病变均经侵入性冠状动脉造影 (ICA) 证实（图 1F–H）。有趣的是，该患者的三支血管周围既有非钙化斑块，也有大量肿瘤样病变（图 1A）。后者病变可能是由 IgG4-RD 引起的，但在 ICA 期间被忽视了。众所周知，IgG4-RD 引起的动脉周围炎主要影响外膜，而内膜和中层受累较少（1）。但非钙化斑块主要位于管腔内，因为它最初发生在冠状动脉内膜。近端LAD内的斑块与冠状动脉周围的IgG4相关浸润更容易区分；因此我们选择该区域来测量两个病变（图1I）。近端LAD内的肿瘤样病变在平扫图像（管电压100keV）中的平均CT衰减值为38HU，与位于同一张CT轴位图像上的纤维脂肪斑块（45HU）相同。在延迟增强阶段，非钙化斑块的平均CT衰减为64HU，而肿瘤样病变为100HU。结合它们的增强特征，进一步可确定非钙化斑块及IgG4相关浸润物。首先，比较LAD不同病变的碘密度。动脉期肿瘤样病变比非钙化斑块摄取更多的碘，且差距随时间延长而扩大（图1I、N）。绝对碘和标准化碘
关联玻色子量子场多模态的纠缠和光学非经典性
有几种方法可以质疑物理系统状态的具体量子力学特性。首先，人们可能会问它的相干性有多强。量子态相干叠加的存在是物质波干涉现象的起源，因此，这是一个典型的量子特征，对此提出了几种测量和证据（有关最近的综述，请参阅 [1]）。其次，当所研究的系统是二分或多分系统时，其组成部分的纠缠是另一个内在的量子特征。有大量文献探讨了各种测量方法来量化给定状态中包含的纠缠量 [2–14]。最后，对于玻色子量子场的模式，出现了第三种非经典性概念，通常称为光学非经典性。根据格劳伯的观点，光场的相干态（及其混合态）被视为“经典”，因为它们具有正的格劳伯-苏达山 P 函数 [15]。从那时起，多年来人们开发了多种光学非经典性测量方法，以测量与光学经典状态的偏离 [15–41]。光场量子态的这三种不同的、典型的量子属性被认为可作为量子信息或计量学的资源 [38, 39, 42–44]。那么自然而然地就会出现一个问题：这些属性之间有着什么样的定量关系。例如，在 [45] 中，给出了使用非相干操作从具有给定相干度的状态中可以产生多少纠缠的界限：这将相干性与纠缠联系起来。在 [46] 中，状态的相干性和光学非经典性被证明是相互关联的：远对角线密度矩阵元素 ρ ( x, x ′ ) 或 ρ ( p, p ′ ) 的显著值（称为“相干性”）是状态的光学非经典性的见证。我们的目的是建立多模玻色子场的光学非经典性和二分纠缠之间的关系。直观地看，由于所有光学经典态都是可分离的，因此强纠缠态应该是强光学非经典态。相反，仅具有弱光学非经典性的状态不可能高度纠缠。为了使这些陈述精确且定量，我们需要测量纠缠度和光学非经典性。作为评估二分纠缠的自然指标，我们使用形成纠缠 (EoF) [4]。关于光学非经典性，我们使用最近引入的单调性 [38, 39]，我们将其称为总噪声单调性 ( M TN )。它是通过将纯态上定义的所谓总噪声∆x2+∆p2扩展到混合态（通过凸屋顶结构，参见(1)）得到的，对于该值来说，它是光学非经典性的一个完善的量度[38–41]。我们的第一个主要结果（定理 1 和 1'）在于，对于 n = n A + n B 模式的二分系统的任意状态 ρ，EoF(ρ) 关于 M TN (ρ) 的函数有一个上限。特别地，当 n A = n B = n/ 2 时，这个上限意味着包含 m 个纠缠比特的状态必须具有光学非经典性（通过 M TN 测量），并且该光学非经典性随 m 呈指数增长。作为应用，我们表明，当可分离纯态撞击平衡光束分束器时可以产生的最大纠缠度由该状态的光学非经典性的对数所限制，通过 M TN 测量。换句话说，虽然众所周知分束器可以产生纠缠 [28, 47, 48]，但纠缠量受到本态光学非经典性程度的严重限制。定理 1 和 1' 中的界限可以很容易地计算出纯态的界限，因为 EoF 与还原态的冯·诺依曼熵相重合，而 M TN 与总噪声相重合。然而，对于混合态，界限与两个通常难以评估的量有关。我们的第二个主要结果（定理 2）解决了这个问题