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SQUARE：通过经济高效的非计算实现模块化量子程序的战略量子辅助重用
摘要 — 将高级量子程序编译到大小受限（即量子比特数量有限）和时间受限（即量子操作数量有限）的机器中是一项挑战。在本文中，我们介绍了 SQUARE（战略量子辅助重用），这是一种编译基础架构，用于解决模块化量子程序中临时量子比特（称为辅助）的分配和回收问题。SQUARE 的核心是战略性地执行非计算以创造量子比特重用的机会。当前的嘈杂中型量子 (NISQ) 计算机和前瞻性的容错 (FT) 量子计算机具有根本不同的约束，例如数据局部性、指令并行性和通信开销。我们基于启发式的辅助重用算法平衡了这些考虑因素，并将计算纳入资源受限的 NISQ 或 FT 量子机，并在必要时限制并行性。为了精确捕获程序的工作量，我们提出了一个改进的指标，即“活动量子体积”，并使用该指标来评估我们算法的有效性。我们的结果表明，SQUARE 将 NISQ 应用程序的平均成功率提高了 1.47 倍。令人惊讶的是，用于未计算的额外门创建了具有更好局部性的辅助门，并导致交换门大大减少，总体上门噪声也更低。SQUARE 还实现了 FT 机器的活动量子体积平均减少 1.5 倍（最高 9.6 倍）。索引术语 — 量子计算、编译器优化、可逆逻辑综合
设计和评估用于射频无线功率传输组织监测的圆形和方形线圈
摘要 - 组织工程是一个新兴的多学科领域，旨在利用工程和生物学原理修复或替换受损的组织和器官。该领域发展的核心是能够实时监测组织生长。这需要使用需要供电的可植入设备，例如传感器。电池等传统电源可能会阻碍组织生长和组织损伤，因此无线电力传输 (WPT) 成为一种有吸引力的替代方案。本研究深入探讨了用于组织监测的射频无线电力传输的线圈配置的设计和评估。具体来说，对比了两种线圈设计之间的性能指标：一种采用四个圆形线圈，另一种将三个方形线圈和一个圆形线圈混合在一起。分析表明，虽然两种配置的性能都会随着发射器和接收器之间距离的增加而下降，但距离 30 毫米的四个圆形线圈的效率为 25%，三个方形线圈和一个圆形线圈的效率为 45%，而且它们的效率差异很大。圆形线圈具有更高的电力传输效率和生物相容性，而方形和圆形线圈的组合则延长了传输距离。我们的研究结果阐明了线圈设计与 WPT 性能之间的相互作用，为开发用于实时组织生长监测的植入式设备提供了宝贵的见解。这项研究推动了 WPT 的设计工作，并将其定位为伤口愈合、器官移植和药物测试应用的关键参考。
使用无线信号
摘要 - 物联网领域（IoT）中的杂货应用涉及跟踪人员和商品，其质量受室内位置精度影响的质量。信号方法的模式匹配，也称为特征指纹方法，是众多室内定位方法之一。由于存在嘈杂的环境情况，因此在定位中实现精度很容易中断。需要有效的稳定技术来减轻对本地化质量的负面影响。本研究介绍了几种新型机器学习方法和索引方法，旨在提高室内定位应用的准确性。遗传算法和部分最小二平方理论提议为此目的共同起作用。传统的指纹定位方法，例如粒子群优化（PSO），高斯模型还测试了验证目的。这种方法通过PSO算法试图近似接收信号强度指示器（RSSI）信号的噪声频谱，从而通过PSO算法来调整高斯模型的主要频率/振幅。与PSO/Gaussian模型指纹方法相比，遗传算法（GA）/部分最小二乘（PLS）/K-Nearest邻居（KNN）方法可以达到92％的室内定位精度，同时需要最小的开发时间。在复杂的实验室和走廊设置中，当目标位置验证程序中包括加权KNN算法时，总准确率可以达到95％，分辨率为16 cm。总体而言，我们建议的GA/PLS/KNN方法优于传统方法和基于许多无线技术的当前静态定位方法，例如WiFi，4G/5G，蓝牙低能（BLE）等。关键字 - 事物（IoT）本地化，粒子群优化（PSO）算法，部分最小二乘（PLS）算法，遗传算法（GA），智能定位
在 IBM 量子计算机上实现一种用于估计有限方阱势中粒子能量的量子算法
通过 QASM 语言，这是 IBM Q Experience 团队发明的一种用于创建量子电路的语言。另一方面，第二种方法是编写 Python 代码并使用名为 QISKit [32] 的 Python 软件开发工具包 (SDK) 运行它们，它适用于所有类型的算法。因此，我们在本文中展示的工作是使用 QISKit 进行的。可通过云端公开访问的量子设备分别由 IBM Q 5 Yorktown (ibmqx2) 、IBM Q Burlington 、IBM Q 5 London 、IBM Q Essex 、IBM Q Vigo 和 IBM Q Ourense（六个 5 量子比特设备）以及 IBM Q 16 Melbourne 和 IBM Q Armonk（16 量子比特和 1 量子比特设备）表示。用于模拟的经典后端称为 IBMQ QASM 模拟器。所有后端都与一组由单量子比特旋转和相移门组成的量子门一起工作。所有其他单量子比特门（如 X、S、R z 等）一般都是由这三个门的序列构成的，它们与 CNOT 一起构成量子门的通用集。除了量子比特的数量之外，所提到的量子设备在量子比特连接或拓扑方面也有所不同，IBM Q Experience 将其称为设备的耦合图 [33]。在本文中，我们修改并在 IBM 量子计算机上实现了参考文献 [34] 中研究的量子算法，使用相位估计技术找到有限方阱势一维薛定谔方程的基态和第一激发态的能量特征值。我们使用试验波函数作为初始状态，并在位置和动量空间中将其离散化。我们还在希尔伯特空间中构建了时间演化矩阵，其中定义了计算基向量（即量子比特态）。然后，我们将时间演化电路应用于最初准备的寄存器，并使用相位估计方法获得包含能量的相位。我们表明，所提出的算法可以以合理的误差实现预期结果。除了众所周知的量子相位估计方案外，我们还讨论了迭代相位估计方法的实现，以减少电路尺寸和量子比特数，从而有效利用 IBM 量子计算资源。最重要的是，为了充分利用 5 量子比特 IBM 后端，我们通过选择迭代相位估计技术将电路尺寸从文献 [34] 中使用的 8 个量子比特缩短到 5 个。本文组织如下。第 3 节描述了基于相位估计方法的量子算法的步骤。要执行数字量子模拟，我们需要设计时间演化算子来找到系统的能量特征值。此外，坐标应该离散化，初始波函数在网格点上近似。我们还解释了本文使用的两种相位估计算法。在第 4 部分中，我们解释了如何为时间演化算符中的动能和势能项构造量子门。第 5 节给出了结果和讨论，第 6 节讨论了最后的评论。
Chern，偶极子和四极杆拓扑阶段，具有方形晶格和非常规单位单元格
用于研究光子学中的拓扑阶段，而量子 - 大实型型前一阶手性边缘状态通常在磁光光子晶体中实现，而高阶拓扑状态大多在全dielectric光子晶体中探索。在这项工作中，我们研究了磁光子光子晶体中的一阶和二阶拓扑光子状态。在特定的情况下，我们在一个平方晶格中重新访问一个简单的磁光子光子晶体，每个单元中有一个旋风磁缸。However, rather than investigating the conventional unit cell where the cylinder is at the center of the square unit cell as previous works have done, we consider a configuration where the cylinders are located at the four corners of the square unit cell and show that this configuration hosts rich topological phases, such as dual-band Chern, dipole, and quadrupole topological phases.我们对这些拓扑状态的详细特征基于Wannier带和它们通过Wilson Loop和Nested Wilson Loop方法的极化。我们详细研究了不同拓扑阶段的边缘和角状态，并表明它们具有“频谱鲁棒性”的特殊特征。例如，尽管生活在带隙中的偶极相的边缘和角状态可以通过调谐边界条件将其推入散装带，但它们可以通过散装带并在不同的带隙内重新出现。对于双波段四极阶段，我们可以找到一个政权，两个乐队差距同时容纳了一组角状态，并且有趣的是，一组角状状态的填充异常可以使它们的签名在另一组拐角处的异常状态中，尽管它们被广泛的国家数量占据了一个拐角处。在简单的磁光子光子晶体中揭示的丰富拓扑物理学不仅为时间反转对称性折叠光子系统提供了对高阶拓扑阶段的新见解，结果还可以通过利用边缘和角状态的电势来找到有希望的应用。
NSF 23-308 大学科学与工程研究空间在过去十年中增加了 3000 多万平方英尺
学术机构根据四个状况类别按 S&E 领域评估了 2021 财年其研究空间的状况：状况良好、状况满意、需要翻新和需要更换。三个领域被评估为至少有 40% 的空间状况良好：计算机和信息科学（42%）、健康科学（42%）以及生物和生物医学科学（41%）（图 2）。“其他 S&E 领域”，包括十一个主要领域中无法归类的多学科研究或空间，也被评估为 43% 的状况良好。除三个领域外，所有领域都被归类为至少 79% 的空间状况良好或满意，其中计算机和信息科学的研究空间获得的综合评级最高（88%）。自然资源和保护（28%）和农业科学（27%）是仅有的两个至少有 25% 的空间需要翻新或更换的领域。
利用叶片光谱和偏最小二乘回归估计东亚森林树种的六个叶片性状
作者：Nakaji, Tatsuro;小熊，弘之；中村正宏；帕尼达姐妹；希望，路；马罗德，多克拉克；相叶正宏；黑川，弘子；小杉，Y；卡西姆，阿卜杜勒·拉赫曼；日浦津
采用可再生能源实现环境可持续性：来自偏最小二乘结构方程模型 (PLS-SEM) 的证据
碳排放对环境的影响使得一些可持续发展目标难以实现。尽管国际机构做出了努力，但由于转型尚未完成，仍然需要解决这个问题。因此，本研究调查了 1998 年至 2021 年期间全球化、经济增长、金融包容性、可再生能源和政府机构对碳排放的影响。为了能够评估变量的直接和间接影响，采用了偏最小二乘结构方程模型，其中可再生能源作为中介，并采用两阶段最小二乘法进行稳健性检验。研究结果表明，全球化促进了可再生能源的使用，但金融包容性对可再生能源的使用有负面影响。可再生能源对碳排放有直接的积极和显著影响。金融包容性对碳排放有间接的负面和显著影响。结果表明，更多的金融包容性启蒙将有助于平稳过渡，并且应该在执行所有环境法规的前提下接受全球化。
使用灌溉指数、人工神经网络和偏最小二乘回归模型对埃及尼罗河进行水质评估和预测
1 水文地质学、自然资源评估系、环境研究与研究所、萨达特城大学、梅努菲亚 32897、埃及 2 环境地质学、环境系统自然资源测量系、环境研究与研究所、萨达特城大学、梅努菲亚 32897、埃及；ali.saleh@esri.usc.edu.eg 3 地质学系、理学院、达曼胡尔大学、达曼胡尔 22511、埃及；hendhussein@sci.dmu.edu.eg 4 农业工程、自然资源评估系、环境研究与研究所、萨达特城大学、梅努菲亚 32897、埃及 5 农业工程、环境系统自然资源测量系、环境研究与研究所、萨达特城大学、梅努菲亚 32897、埃及； farouk@esri.usc.edu.eg * 通讯地址：mohamed.gad@esri.usc.edu.eg (M.G.); salah.emam@esri.usc.edu.eg (S.E.)