XiaoMi-AI文件搜索系统
World File Search Systemscram
比较基因组学揭示了大规模混乱基因组的进化起源
摘要 纤毛虫是经历广泛程序性基因组重排的微生物真核生物，这是一种自然的基因组编辑过程，可将较长的生殖系染色体转换为较小的富含基因的体细胞染色体。三种研究较为深入的纤毛虫包括 Oxytricha trifallax 、 Tetrahymena thermophila 和 Paramecium tetraurelia ，但只有 Oxytricha 谱系具有大量乱序基因组，其在发育过程中的组装需要数十万个精确编程的 DNA 连接事件，代表了已知生物中最复杂的基因组动态。在这里，我们通过检查 Oxytricha 谱系中不连续和乱序基因的起源和进化来研究这种复杂基因组的出现。本研究比较了来自三个物种的六个基因组，即 Euplotes woodruffi、Tetmemena sp. 和模型纤毛虫 O. trifallax 的生殖系和体细胞基因组。我们对 E. woodruffi 的生殖系和体细胞基因组（它是一个外群）以及 Tetmemena sp 的生殖系基因组进行了测序、组装和注释。我们发现 Tetmemena 的生殖系基因组与 Oxytricha 的一样具有严重的杂乱和中断：13.6％的基因位点需要程序性易位和/或倒位，一些基因在发育过程中需要数百个精确的基因编辑事件。这项研究表明，早期分化的螺旋藻 E. woodruffi 也有一个杂乱的基因组，但只有大约一半的基因位点（7.3％）是杂乱的。此外，它的杂乱基因不太复杂，共同支持了 Euplotes 作为此谱系中可能的进化中间体的地位，处于积累复杂的进化基因组重排的过程中，所有这些都需要大量修复来组装功能性编码区。比较分析还表明，混乱的基因座通常与局部重复有关，支持了通过许多小的 DNA 重复和衰减事件来产生复杂的、混乱的基因组的渐进模型。
通过可编程量子模拟器上的经典阴影断层扫描量化信息扰乱
我们开发了探测量子信息动态的技术，并在 IBM 超导量子处理器上进行了实验。我们的协议采用阴影层析成像来研究时间演化通道而不是量子态，并且仅依赖于单量子比特操作和测量。我们确定了量子信息扰乱的两个明确特征，这两个特征都无法通过耗散过程模仿，并将它们与多体隐形传态联系起来。通过在实验中实现量子混沌动力学，我们测量了这两个特征，并通过量子系统的数值模拟支持我们的结果。我们还研究了这种动力学下的算子增长，并观察了量子混沌的行为特征。由于我们的方法一次只需要一个量子态，因此可以很容易地将它们应用于各种量子模拟器。
分子中的量子信息混乱
时序非相关器 (OTOC) 可用于探测当动态初始条件发生变化时量子系统对信息的扰乱速度。在足够大的量子系统中，可以从 OTOC 中提取 Lyapunov 系数的量子模拟，该系数描述了经典混沌系统被扰乱的时间尺度。OTOC 仅应用于非常有限的玩具模型，例如与黑洞信息扰乱相关的 SYK 模型，但它们在量子系统中的信息扰乱方面具有更广泛的适用性，可以与实验进行比较。众所周知，多原子分子的振动会从低能量下的规则动力学转变为足够高能量下的轻松能量流。因此，分子代表了研究中等大小（此处为 6 到 36 个自由度）多体系统中扰乱的理想量子系统。通过计算量子 OTOC 及其经典对应物，我们可以量化信息在分子系统中如何以量子力学方式“扰乱”。在早期“弹道”动力学和晚期“饱和” OTOC（当探索到全状态密度时）之间，确实存在一个可以为本研究中的所有分子定义量子 Lyapunov 系数的机制。与实验速率数据的比较表明，由 OTOC 测量的慢速扰乱可以达到分子反应动力学的时间尺度。即使对于我们讨论的最小分子，正则化的 OTOC 仍能满足 Maldacena 边界，但不正则化的 OTOC 则不能，这强调了前者更适合于讨论这种中等尺寸量子系统中的信息扰乱。
分子中的量子信息混乱
时序非相关器 (OTOC) 可用于探测当动态初始条件发生变化时量子系统对信息的扰乱速度。在足够大的量子系统中，可以从 OTOC 中提取 Lyapunov 系数的量子类似物，该系数描述了经典混沌系统扰乱的时间尺度。OTOC 仅应用于非常有限数量的玩具模型，例如与黑洞信息扰乱相关的 Sachdev-Ye-Kitaev 模型，但它们可以发现在量子系统中的信息扰乱的更广泛的适用性，可以与实验进行比较。众所周知，多原子分子的振动会从低能量下的规则动力学转变为足够高能量下的容易的能量流。因此，分子代表了研究中等大小（此处为 6 到 36 个自由度）多体系统中扰乱的理想量子系统。通过计算量子 OTOC 及其经典对应物，我们可以量化信息在分子系统中如何以量子力学方式“扰乱”。在早期“弹道”动力学和探索全态密度时 OTOC 的后期“饱和”之间，确实存在一个可以为本研究中的所有分子定义量子 Lyapunov 系数的机制。与实验速率数据的比较表明，由 OTOC 测量的慢速扰乱可以达到分子反应动力学的时间尺度。即使对于我们讨论的最小分子，Maldacena 边界仍然由正则化的 OTOC 满足，但不由非正则化的 OTOC 满足，这强调了前者对于讨论这种中等尺寸量子系统中的信息扰乱更有用。
通过活性自旋团簇测量退相干效应下的量子信息扰乱动态
开发量子技术需要控制和理解多体系统中量子信息的非平衡动力学。局部信息通过创建复杂的关联（称为信息扰乱）在系统中传播，因为此过程阻止从局部测量中提取信息。在这项工作中，我们开发了一个改编自固态 NMR 方法的模型来量化信息扰乱。扰乱是通过时间反转 Loschmidt 回波 (LE) 和多重量子相干实验来测量的，这些实验本质上包含缺陷。考虑到这些缺陷，我们推导出非时间序相关器 (OTOC) 的表达式，以基于测量信息传播的活跃自旋数量来量化可观察的信息扰乱。基于 OTOC 表达式，退相干效应自然是由 LE 实验中未反转项的影响引起的。退相干会导致可测量程度的信息扰乱的局部化。这些效应定义了可观测的活跃自旋数量的局部化簇大小，从而确定了动态平衡。我们将模型的预测与使用固态 NMR 实验进行的量子模拟进行了对比，该实验测量了具有受控缺陷的时间反转回波的信息扰乱。从实验数据确定的量子信息扰乱的动态和其局部化效应之间具有极好的定量一致性。所提出的模型和派生的 OTOC 为量化大型量子系统（超过 10 4 个自旋）的量子信息动态提供了工具，与本质上包含缺陷的实验实现一致。
诊断
本报告是作为由美国政府机构赞助的工作的帐户准备的。既不是任何雇员，他们的任何雇员，其任何雇员，分包商或其雇员，都能对准确性，完整性或任何第三方使用或任何信息的使用结果，或代表其使用任何信息，私人或代表其使用权的保证，或承担任何法律责任或责任，或者任何第三方使用，或者没有任何信息，或代表其使用权，或代表其使用权，或代表其使用权限，或代表其使用权限。 以本文提及任何特定的商业产品，流程或服务，商标，制造商或其他方式不一定构成或暗示其认可，建议或受到美国政府或其任何机构或其承包商或其承包商或分包商的认可。 本文所表达的作者的观点和观点不一定陈述或反映美国政府或其任何机构的观点和意见。既不是任何雇员，他们的任何雇员，其任何雇员，分包商或其雇员，都能对准确性，完整性或任何第三方使用或任何信息的使用结果，或代表其使用任何信息，私人或代表其使用权的保证，或承担任何法律责任或责任，或者任何第三方使用，或者没有任何信息，或代表其使用权，或代表其使用权，或代表其使用权限，或代表其使用权限。以本文提及任何特定的商业产品，流程或服务，商标，制造商或其他方式不一定构成或暗示其认可，建议或受到美国政府或其任何机构或其承包商或其承包商或分包商的认可。本文所表达的作者的观点和观点不一定陈述或反映美国政府或其任何机构的观点和意见。
诊断来自哈密顿的信息的诊断...
我们基于Hayden-Preskill Thought实验应用了量子传送方案，以量化给定量子演化的争吵。用来诊断出在与嘈杂的量子设备造成的脱碳效果的情况下诊断信息时的直接测量相比，它具有优势。我们通过将协议应用于两个物理系统来演示该协议：Ising自旋链和SU（2）晶格Yang-Mills理论。为此，我们在数字上模拟了哈密顿形式主义中两种理论的时间演变。基于Kogut-susskind形式主义，实施了Yang-Mills理论，并以适当的Hilbert Space截断。在两腿梯子的几何形状上，具有最低的非平凡旋转表示，它可以映射到自旋链中，我们称之为Yang-Mills-sising模型，也直接适用于将来的数字量子仿真。我们发现，阳米尔斯林模型显示了在晚期争夺信息的信号。
信息在开放量子系统中争夺和混乱
在过去几年中，已广泛使用了超时订购的相关器（OTOC），以研究多体系统中的信息混乱和量子混乱。在本文中，我们扩展了Styliaris等人的平均双分子OTOC的形式主义[Phys。修订版Lett。 126，030601（2021）]到开放量子系统的情况下。 动力学不再是统一的，而是通过更通用的量子通道（痕量保留，完全正面的地图）来描述。 可以以精确的分析方式处理此“开放双分OTOC”，并显示出两个量子通道之间的距离。 此外，我们的分析形式揭示了互动的熵贡献，从信息争夺和环境破裂的贡献中，使后者可以构成前者。 为了阐明这种微妙的相互作用，我们分析研究了量子通道的特殊类别，即驱动通道，纠缠破裂的通道等。 最后，作为物理应用，我们在数值上研究了耗散性的多体旋转链，并展示了如何使用竞争性熵效应来区分可集成和混乱的状态。Lett。126，030601（2021）]到开放量子系统的情况下。动力学不再是统一的，而是通过更通用的量子通道（痕量保留，完全正面的地图）来描述。可以以精确的分析方式处理此“开放双分OTOC”，并显示出两个量子通道之间的距离。此外，我们的分析形式揭示了互动的熵贡献，从信息争夺和环境破裂的贡献中，使后者可以构成前者。为了阐明这种微妙的相互作用，我们分析研究了量子通道的特殊类别，即驱动通道，纠缠破裂的通道等。最后，作为物理应用，我们在数值上研究了耗散性的多体旋转链，并展示了如何使用竞争性熵效应来区分可集成和混乱的状态。
量子信息的动力学在变质效果下争夺
开发量子技术需要控制和理解多体系统中量子信息的非平衡动力学。本地信息通过创建称为信息争夺的复杂相关性来传播系统中，因为此过程可防止从本地测量中提取信息。在这项工作中，我们开发了一个改编自固态NMR方法的模型，以量化信息的争夺。通过时间逆转Loschmidt回声（LE）和多个量子相干实验进行了逆转，这些实验是通过内在包含不完美的。考虑到这些缺陷，我们得出了超时相关性（OTOC）的表达式，以根据测量信息传播的活动旋转的数量来量化可观察到的信息。基于OTOC表达式，在LE实验中的非扭转术语的效应自然而然地产生了效应，从而诱导了可测量的信息争吵程度的定位。这些效果定义了确定动态平衡的可观察到的活性自旋数量的定位簇大小。我们将模型的预测与使用固态NMR实验进行的量子模拟进行对比，这些量子模拟与时间反向回声相混合的信息与受控的缺陷。与量子信息的动力学及其从实验数据确定的效果相关的动力学发现了出色的定量一致性。提出的模型和衍生的OTOC设置了用于量化大量子系统（超过10个4旋转）的量子信息动态的工具，与实验实现了本质上包含不完美的实现。
开放量子系统中的信息扰乱和混沌
过去几年，非时序相关器 (OTOC) 被广泛用于研究多体系统中的信息扰乱和量子混沌。在本文中，我们将 Styliaris 等人的平均二分 OTOC 形式化 [ Phys. Rev. Lett. 126 , 030601 (2021) ] 扩展到开放量子系统的情况。动态不再是幺正的，而是用更一般的量子通道 (迹保留、完全正映射) 来描述。这种“开放二分 OTOC”可以以精确的解析方式处理，并被证明相当于两个量子通道之间的距离。此外，我们的解析形式揭示了信息扰乱和环境退相干的相互竞争的熵贡献，以至于后者可以混淆前者。为了阐明这种微妙的相互作用，我们解析地研究了特殊类别的量子通道，即失相通道、纠缠破坏通道等。最后，作为物理应用，我们用数值方法研究了耗散多体自旋链，并展示了如何利用竞争熵效应来区分可积状态和混沌状态。