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通过估计态密度进行量子拓扑数据分析
我们开发了一种基于组合拉普拉斯算子的状态密度 (DOS) 估计的量子拓扑数据分析 (QTDA) 协议。计算图和单纯复形的拓扑特征对于分析数据集和构建可解释的人工智能解决方案至关重要。由于组合缩放，对于具有超过 60 个顶点和高阶拓扑特征的单纯复形，这项任务在计算上变得困难。我们建议通过将底层超图嵌入为有效量子汉密尔顿量并从时间演化中评估其状态密度来完成这项任务。具体来说，我们使用有效汉密尔顿量的 Cartan 分解将传播器组合成量子电路，并使用多保真协议对时间演化状态的重叠进行采样。接下来，我们开发各种后处理例程并实现类似傅里叶的变换以恢复汉密尔顿量的秩（和核）。这使我们能够估计贝蒂数，揭示单纯复形的拓扑特征。我们在无噪声和有噪声的量子模拟器上测试了我们的协议，并在 IBM 量子处理器上运行了示例。我们观察到，即使在没有错误缓解的情况下，所提出的 QTDA 方法对真实硬件噪声的弹性也很大，这显示了近期设备实现的前景，并凸显了基于全局 DOS 的估计器的实用性。
![arXiv:2501.02222v1 [quant-ph] 2025 年 1 月 4 日](/simg/g:\will\search\icon\source\f\f95cddee3822ad37b49a6359a5bd92dff9e11ec7.png)
arXiv:2501.02222v1 [quant-ph] 2025 年 1 月 4 日
量子计算因其能够比最著名的传统算法更快地解决某些计算问题而引起了人们的极大兴趣。功能齐全且可扩展的量子计算机可以改变科学研究、材料科学、化学和药物发现等各个领域。然而，在嘈杂的中尺度量子 (NISQ) 时代，量子硬件面临着包括退相干、门不保真和受限量子比特连通性在内的挑战。高效实现多量子比特门对于推进量子计算至关重要，特别是考虑到近期量子硬件的限制，例如缺乏全到全量子比特连通性。在这些门中，Toffoli 门（或 CCNOT 门）在各种量子算法和纠错方案中起着关键作用。虽然已经提出了各种分解策略，但它们通常假设理想化的全到全连通性，而这在大多数 NISQ 硬件上是不可用的。本文介绍了一种使用回声交叉共振 (ECR) 门对 Toffoli 门进行新分解的方法，这是许多超导量子比特架构（包括 IBM Quantum 硬件）的原生操作。通过利用 ECR 门与超导量子比特技术的固有兼容性，这种方法旨在促进 Toffoli 门的实现，从而有可能减少电路深度并提高近期量子硬件上量子电路实现的效率。
一种用于评估基于Web的行为干预措施中设计保真度的新方法。
目标：交付是评估行为干预措施忠诚度的最常见方法之一。但是，缺乏有关干预协议如何反映其提出的理论原理（设计保真）的研究报告。本研究提出了一种用于评估设计保真度的系统方法，并将其应用于针对体育锻炼和抑郁症的基于情感的干预措施。方法：情绪干预包括13个基于网络的模块，该模块是根据基础干预图设计的。具有行为变化专业知识的独立评估者编码了情感内容中的存在或不存在行为变化技术（BCT）。编码结果与干预设计师的先验可靠性规范进行了比较。结果：在讨论之后，独立评估者和干预设计师在与行为激活有关的BCT（AC1 0.91）的存在上具有很高的一致性，并具有“行为的证明”和“监测情绪后果”，具有最低的一致性（AC1 0.4）。与具有最低一致性（AC1 0.4）的“行为演示”和“对情绪后果的监测”（AC1 0.4）的“行为演示”和“监测情绪后果”的存在也有很高的一致性（AC1 0.88）。然后对情绪描述进行了修改，以使互判协议保持一致。结论：本研究提出了一种评估设计保真度的新方法。鼓励行为（和其他多组分）干预措施的开发人员开发和完善这种方法，并评估未来干预措施中的设计保真度，以确保BCT按预期运行。
用生成的ai
本研讨会提供了对生成AI的最新突破及其在多个行业中的变革性影响的深入探索。我们将深入研究最先进的创新，例如将文本，图像和音频整合的多模式模型，从而在金融，医疗保健，教育，研究和工程中启用各种应用。此外，我们将研究特定于领域的大型语言模型，这些模型使用可自定义的开源框架来创建针对特定部门量身定制的AI系统，并证明了它们在研究，技术和业务解决方案方面的进步潜力。研讨会还将强调生成AI代理的作用，该代理旨在使复杂的工作流程自动化并增强决策过程。这些代理人有望通过优化效率和降低手动干预来彻底改变物流和数据科学等行业。此外，我们将探索扩散模型的新兴功能，该模型产生了超现实的图像和视频及其在媒体，娱乐和创意产业中的潜在应用。除了这些机会外，我们还将解决与生成AI相关的风险和挑战，例如保真，毒性，安全，知识产权和数据隐私。将讨论建立负责任的AI系统的最佳实践，从而为如何有效地导航这些问题提供可行的见解。与会者将了解生成AI如何塑造行业的未来以及降低风险的策略。无论您是企业还是技术领导者，大学或研究生/MBA学生，教职员工还是研究人员，该研讨会都将为生成AI的不断发展的景观提供宝贵的见解及其不断发展的影响。
学生教练手册v2.0轻松自我...
学生教练手册本手册指导物理疗法的学生担任步行途径的教练，并向学生介绍这项关键原则，这些原则是这种交付模型的零部件，可以轻松进行散步。本手册中嵌入的广泛的学生学习目标是1。向学生介绍人口健康，健康教练，动机访谈，行为改变的跨理论模型和成功交流的要素。2。要学习如何与老年人一起使用轻松计划来指导步行计划，并了解支持步行计划的证据。3。要整合并运用人口健康，健康教练，动机访谈，行为变化的跨理论模型以及与步行者的成功交流的要素。学生教练计划为关节炎基金会自我指导的轻松计划的参与者提供了内容和计划。本手册为参加健康教练计划的物理治疗学生提供了一周的指导和任务。关于轻松计划忠实计划的票据富达计划是指与轻松的教练（和参与者）的步行程度如何以轻松的计划设计跟随步行。本教练手册的编写是为了确保计划保真。轻松步行是一个基于证据的计划，可改善参与者的健康和功能并减轻疼痛。程序交付与步行的原始设计不一致，可以轻松地降低获得所需结果的可能性。作为一名学生教练，您的工作是指导参与者并回应参与者的担忧，但不要通过轻松计划改变步行。如果您找到了需要更新或编辑的一部分，请通过jchevan@springfieldcollege.edu与Julia Chevan博士联系。
改造 Cas12a 核酸酶变体，增强基因组编辑特异性
AU：请确认所有标题级别均正确显示：成簇的规律间隔短回文重复序列 (CRISPR)-Cas12a 系统是基因编辑的强大工具；然而，crRNA-DNA 错配可能会引起不必要的切割事件，尤其是在 PAM 的远端。为了最大限度地减少这种限制，我们通过修改与靶 DNA 和 crRNA 链相互作用的氨基酸残基，设计了一种携带突变 S186A/R301A/T315A/Q1014A/K414A 的超保真 AsCas12a 变体（称为 HyperFi-As）。HyperFi-As 保留了与人类细胞中的野生型 AsCas12a (AsCas12aWT) 相当的靶向活性。我们证明 HyperFi-As 显著降低了人类细胞中的脱靶效应，并且与野生型相比，HyperFi-As 对 PAM 远端区域位置的错配容忍度明显较低。此外，采用改进的适当恒定力单分子 DNA 解拉链分析来评估 CRISPR/Cas 核糖核蛋白 (RNP) 复合物的稳定性和瞬态阶段。在 DNA-Cas12a-crRNA 复合物的解体过程中敏感地检测到了多种状态。在脱靶 DNA 底物上，与 AsCas12aWT 相比，HyperFi-As-crRNA 更难维持 R 环复合物状态，这可以准确解释为什么 HyperFi-As 在人类细胞中具有较低的脱靶效应。我们的研究结果提供了一种具有低脱靶效应的新型 AsCas12a 变体，尤其能够处理 PAM 远端区域的高脱靶。在单分子水平上，我们还揭示了 AsCas12a 变体在脱靶位点的行为方式，而用于评估 CRISPR/Cas RNP 复合物多种状态的解压缩分析可能对深入了解 CRISPR/Cas 的行为方式以及将来如何对其进行工程改造大有帮助。
无线网络的功率和能量优化策略...
摘要 — 能源消耗是部署在海洋环境中的无线传感器节点的最大制约因素之一。它们通常用于难以提供电力的地区的远程环境监测。因此，这些设备需要由电池和替代能源供电。由于电池能量有限，使用不同的技术来节省能源是无线传感器网络 (WSN) 中最热门的话题之一。已经通过硬件和软件技术开发了各种电池优化方案。基于无线保真 (Wi-Fi) 的网络的普及使其成为建立基于 Wi-Fi 的传感器网络的热门选择，但这些系统相对较高的功率要求与长电池寿命和低维护的要求相冲突。这项工作考虑了是否有可能将 Wi-Fi 功耗降低到可以使用廉价的基于 Wi-Fi 的产品代替其他协议的程度。该设置由一个无线传感器组成，该传感器基于低成本的 esp8266 模块，任务是收集海洋保护区的温度数据。分析了设备固件中不同状态下节点的能耗，以及能耗与传感器数据传输速率和系统休眠期之间的关系。该研究还比较了两种网络实现的能耗：消息队列遥测传输 (MQTT) 与基于服务器-客户端的系统。测试结果表明，如果不实施休眠期，无论传输速率如何，两种传输方法的传感器节点的最大电池寿命均为 15.8 小时。如果实施休眠模式，传输速率会对系统电池寿命产生重大影响。研究发现，传输时间为一小时，电池寿命可增加 43 倍，传输时间为一分钟，电池寿命可增加 40 倍。事实证明，利用 MQTT 传输方案的优化 WSN 配置比服务器-客户端方案的电池寿命延长了 34%。通过这些分析，可以得出最佳固件的设计和网络架构的选择，从而可以在最长的时间内延长电池寿命。索引术语 — 无线传感器网络、功率优化、ESP8266、MQTT、Micropython。
FY25 LDRD 呼叫和研究需求
• 计算科学，例如 1) 复杂多物理场正向问题的稳健/可扩展和准确的计算公式和解决方法，包括多材料/多流体算法；2) 严格的多物理场耦合方法，和/或跨工程领域的多种物理场集成，可能涉及分层、异构和/或多保真模型；• 计算系统，例如新兴计算范式的理论基础；云端 CaaS 工作流的专业化和交付以及先进的云方法以实现高保真模拟；自主计算系统和工作流管理；量子算法、量子控制和电路设计以及量子架构的理论进展；用于编程和分析神经形态算法和系统的稳健理论框架的发展。• 信息科学，例如解释、可视化、解释和传达分析结果的方法；来自不同来源的数据融合；开发新数据源；在源头处理和缩小传感器数据；异常检测；生成合成数据的方法；以任务为中心的数据分析，包括无监督学习和流分析；管理动态数据；形式化方法；以及评估和监控人机协作的算法和指标。• 可信人工智能，例如用于认证人工智能软件的方法，该方法与 NIST 和 DOE AITO 办公室正在开发的新生定义一致。• 用于任务应用的可信生成人工智能，例如 1) 评估 GenAI 的适用性、可靠性、能力限制和安全性；2) 评估开发成本与对用户任务/任务问题决策的影响；3) 相对于任务领域/任务或专用硬件的训练和推理效率的算法专业化。• 人类信任，例如信任的认知方面、增强信任的过程、计算环境中的信任动态以及具有突发行为的系统。还邀请对人类可理解的计算结果进行研究，考虑系统目标和人类信任相互作用中的不确定性、可信度、透明度、可解释性和出处追踪影响。• 国家安全信息科学与技术 (NSIST)
Mahdi Chehimi，Bernd Simon，Walid Saad，Anja Klein，Don Towsley和M´erouane Debbah”匹配游戏，以优化量子通信的优化协会
摘要 - 量子交换机（QSS）服务量子通信网络中量子端节点（QCN）提交的请求，这是一个具有挑战性的问题，这是一个挑战性的问题，由于已提交请求的异构保真要求和QCN有限的资源的异质性保真度要求。有效地确定给定QS提供了哪些请求，这是促进QCN应用程序（如量子数据中心）中的开发。但是，QS操作的最新作品已经忽略了这个关联问题，并且主要集中在具有单个QS的QCN上。在本文中，QCN中的请求-QS关联问题是作为一种匹配游戏，可捕获有限的QCN资源，异质应用程序 - 特定的保真度要求以及对不同QS操作的调度。为了解决此游戏，提出了一个量表稳定的request-QS协会（RQSA）算法，同时考虑部分QCN信息可用性。进行了广泛的模拟，以验证拟议的RQSA算法的有效性。仿真结果表明，拟议的RQSA算法就服务请求的百分比和总体实现的忠诚度而实现了几乎最佳的（5％以内）的性能，同时表现优于基准贪婪的解决方案超过13％。此外，提出的RQSA算法被证明是可扩展的，即使QCN的大小增加，也可以保持其近乎最佳的性能。I. i ntroduction量子通信网络（QCN）被视为未来通信技术的支柱，因为它们在安全性，感知能力和计算能力方面具有优势。QCN依赖于Einstein-Podolsky-Rosen（EPR）的创建和分布，这是遥远QCN节点之间的纠缠量子状态[1]。每个EPR对由两个固有相关的光子组成，每个光子都会转移到QCN节点以建立端到端（E2E）纠缠连接。然而，纠缠光子的脆弱性质导致指数损失，随着量子通道（例如光纤）的行驶距离而增加。因此，需要中间量子中继器节点将长距离分为较短的片段，通过对纠缠的光子进行连接以连接遥远的QCN节点[2]。当此类中继器与多个QCN节点共享多个EPR对以创建E2E连接时，它们被称为量子开关（QSS）。
书目（VHB评分2024）Alexander Benlian博士
•亚当，M。； Kosin，D。＆Benlian，A。（2025）：“从批评者到增强剂：利用媒体网站上的AD自定义功能来实现用户参与”，《信息系统协会杂志》，26（1），241-265。•Mueller，L。; Albrecht，G。； Toutaoui，J。； Benlian，A。＆Cram，W。A.（2024）：“导航角色身份张力 - IT项目经理在敏捷信息系统开发中的身份工作”，《欧洲信息系统杂志》，第1-24页。•亚当，M。； Lins，s。; Sunyaev，a。; Benlian，A。（2024）：“ IS认证对网站可信度的偶然性影响”，《信息系统协会杂志》，第25（3）期，第549-617页。•Wendt，C。; Kosin，d。;亚当，M。； Benlian，A。（2024）：“具有智能电表的可持续能源消耗行为：相对性能和评估标准的作用”，《信息系统杂志》，34（6），1995- 2003年。•Adam，A。; Benlian，A。（2023）：“从Web表格到聊天机器人：用户信息披露的一致性和互惠的作用”，信息系统期刊，1-42。•Wiener，M。； Cram，W。A。; Benlian，A。 （2023）：“算法控制和演出工人：Uber驱动程序的合法性观点”，《欧洲信息系统杂志》，第32（3）期，第485-507页。 •亚当，M。； Croitor，E。; Werner，d。; Benlian，A。； Wiener，M。（2023）：“输入控制及其对补充者加入数字平台意图的信号效应”，《信息系统杂志》，33（3），437-466。 •Mueller，L。; Benlian，A。 （2022）：„太敏捷了吗？ •Wessel，M。; Thies，f。; Benlian，A。•Wiener，M。； Cram，W。A。; Benlian，A。（2023）：“算法控制和演出工人：Uber驱动程序的合法性观点”，《欧洲信息系统杂志》，第32（3）期，第485-507页。•亚当，M。； Croitor，E。; Werner，d。; Benlian，A。； Wiener，M。（2023）：“输入控制及其对补充者加入数字平台意图的信号效应”，《信息系统杂志》，33（3），437-466。•Mueller，L。; Benlian，A。（2022）：„太敏捷了吗？•Wessel，M。; Thies，f。; Benlian，A。敏捷ISD实践的使用及其对离职意图的后果的自我调节效应”，《信息系统协会杂志》，第23（6）期，1420-1455。•Toutaoui，J。; Benlian，A。； Hess，T。（2022）：“在双模式信息技术功能中管理悖论：多案例研究”，《信息系统杂志》，32（6），1177-1202。（2022）：“原型保真在技术众筹中的作用”，《商业风险杂志》，第37（4）条，第106220条。•Cram，W.A。;维纳（Wiener）塔拉夫达（Tarafdar） Benlian，A。（2022）：“检查算法控制对Uber驱动程序的影响的影响”，《管理信息系统杂志》，第39（2）期，第426-453页。•piening，e。; Thies，f。; Wessel，M。； Benlian，A。（2020）：“寻找成功 - 企业家的回应