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里德伯原子模拟器和量子多体伤痕
哈佛大学的 Lukin 团队（Bernien 等人）利用里德堡原子阵列 4 实现了一个 51 量子比特的量子模拟器，避免了这些问题。利用里德堡原子的长寿命和强相互作用，以及巧妙的捕获技巧，他们能够创建一个模拟 Ising 型量子自旋模型的量子材料系统。他们观察到有序态的不同相，这些相破坏了各种离散对称性。此外，尽管这个系统不可积，但他们观察到似乎是非遍历的奇异多体动力学。这暗示了量子多体疤痕的观察。在他们的论文发表后，利兹大学的 Turner 等人发表了一篇理论论文，使用与 Lukin 团队所做的实验工作相同的系统，但使用 L = 32 作为系统大小。他们进一步将实验观察结果解释为由于光谱中的特殊本征态导致的弱遍历性破坏的结果。这类似于混沌非相互作用系统中的量子伤痕。5
表征有限温度下量子多体系统的绝热性
量子绝热定理是时间相关量子系统的基础，但能够定量表征多体系统中的绝热演化却是一项挑战。这项工作表明，使用适当的状态和粒子密度度量是一种可行的方法，可以定量确定量子多体系统动态中的绝热程度。该方法还适用于有限温度下的系统，这对于量子技术和量子热力学相关协议非常重要。通过与将量子绝热标准扩展到有限温度所获得的结果进行比较，讨论了考虑记忆效应的重要性：结果表明，这可能会产生构造上为准马尔可夫的错误读数。由于所提出的方法可以通过仅跟踪系统局部粒子密度来表征绝热演化的程度，因此它可能适用于非常大的多体系统的理论计算和实验。
用于预测撞击载荷后人脑变形空间分布的多体模型
随着对脑震荡损伤的长期后果的关注日益增加，人们开始重视开发能够准确预测大脑对冲击负荷的机械响应的工具。虽然有限元模型 (FEM) 可以估计动态负荷下的大脑响应，但这些模型无法快速（几秒内）估计大脑的机械响应。在本研究中，我们开发了一个多体弹簧质量阻尼器模型，该模型可以估计大脑对围绕一个解剖轴或同时在三个正交轴上施加的旋转加速度的区域运动。总的来说，我们估计了 50% 人类大脑内 120 个位置的变形。我们发现多体模型 (MBM) 与计算的有限元响应相关，但不能精确预测（平均相对误差：18.4 6 13.1%）。我们使用机器学习 (ML) 将 MBM 的预测与负载运动学（峰值旋转加速度、峰值旋转速度）相结合，并显著减少 MBM 和 FEM 之间的差异（平均相对误差：9.8 6 7.7 %）。使用独立的运动损伤测试集，我们发现混合 ML 模型也与 FEM 的预测有很好的相关性（平均相对误差：16.4 6 10.2 %）。最后，我们使用这种混合 MBM-ML 方法来预测出现在大脑不同位置的应变，对于复杂的多轴加速度负载，平均相对误差估计范围为 8.6 % 到 25.2 %。总之，这些结果展示出一种快速且相当准确的方法，用于预测大脑对单平面和多平面输入的机械响应，并提供一种新工具来快速评估整个大脑撞击负载的后果。 [DOI: 10.1115/1.4046866]
从引力透镜看量子多体物理学
过去二十年，凝聚态物理、核物理、引力和量子信息等多个原本毫不相关的学科之间出现了惊人的联系，这得益于实验的进步以及全息对偶带来的强大新理论方法。在这篇非技术性评论中，我们介绍了全息对偶与量子多体动力学相关的一些最新进展。这些包括对没有准粒子的强相关相及其传输特性、量子多体混沌和量子信息的扰乱的洞察。我们还讨论了使用量子信息理解全息对偶本身结构的最新进展，包括对偶的“局部”版本以及具有引力对偶的量子多体态的量子误差校正解释，以及这些概念如何有助于证明黑洞蒸发的幺正性。
多体动力学中的纠缠哈密顿量...
理解非平衡量子动力学的一个有力视角是通过其纠缠内容的时间演化。然而，除了纠缠熵的几个指导原则外，迄今为止，人们对纠缠传播的精细特性知之甚少。在这里，我们从纠缠汉密尔顿量的角度揭示了纠缠演化和信息非平衡传播的特征。我们使用最先进的数值技术结合共形场论研究了原型 Bose-Hubbard 模型的量子猝灭动力学。在达到平衡之前，发现纠缠汉密尔顿量中出现了一个电流算子，这意味着纠缠扩散是由粒子流携带的。在长时间极限下，子系统进入稳定阶段，这由纠缠汉密尔顿量动态收敛到热系综的期望值所证明。重要的是，稳定状态下的纠缠温度与空间无关，这提供了平衡的直观特征。这些发现不仅为平衡统计力学如何在多体动力学中出现提供了重要信息，而且还为从纠缠哈密顿量的角度探索量子动力学增加了一个工具。
“范德华相互作用的密度泛函模型：用非局部泛函统一多体原子方法”的补充材料
稿件的所有计算资源均可在 Git 存储库 [1] 和相关数据文件 [2] 中找到。其中包括用于生成输入文件、运行计算、处理和分析数据以及生成图形的脚本。文件组织在存储库中的 README.md 文件中描述。所有 DFT 计算均使用 FHI-aims [3] 完成，其使用原子中心基组和数值径向部分。我们使用严格的默认基组和网格设置，这可确保本文研究的范德华 (vdW) 体系的结合能数值收敛到 0.1 kcal/mol。MBD 计算借助于集成到 FHI-aims 中的 Libmbd 库 [4] 执行，并且可使用当前开发版本在 FHI-aims 中直接执行 MBD-NL 计算。我们目前的实现不包括函数导数δαVV'[n]/δn，因此本文在自洽PBE密度上评估MBD-NL，而导数的实现仍在进行中。重要的是，已发现由范德华相互作用引起的电子密度变化对相互作用能和核力的影响可忽略不计[5]。S66、X23和S12L集的PBE、PBE0和VV10能量取自[6]，其使用与本文相同的数值设置。对于分子晶体，所有DFT和MBD计算均使用逆空间中密度至少为0.8˚A的k点网格。对于硬固体，我们使用了[7]中的k点密度。所有分子和晶体几何形状均直接取自各自的基准集，未进行任何松弛。表 I 报告了 MBD-NL、MBD@rsSCS 和 VV10 与 PBE 和 PBE0 函数结合对一组有机分子晶体（X23，[11]）、一组超分子复合物（S12L，[12]）和一组 26 种层状材料（称为“26”，[10]）的性能。在标准范德华数据集中，S12L 是唯一一个 MBD-NL 与 PBE 和 PBE0 函数结合时实现不同性能的数据集。这主要是因为 PBE 与 π – π 复合物的结合力比 PBE0 略强。对于大型 π – π 复合物，半局部 DFT 和长程范德华模型之间的适当平衡尚不清楚 [6]。在“26”集中，MBD@rsSCS 哈密顿量对 26 种化合物中的 20 种具有负特征值。然而，为了获得有限能量，我们使用了 Gould 等人提出的特征值重标度 [9]。图 1 比较了由 PBE-NL 计算的混合有机/无机界面的结合能曲线以及 Ruiz 等人的 MBD@rsSCS 和 TS 方法的表面变体 [13]。表 II 列出了 DFT+MBD 的时序示例
混合相空间中的慢量子热化和多体复兴
当系统的半经典相空间混合时，少体量子系统的弛豫在很大程度上取决于初始状态；即混沌运动区域与规则岛共存。近年来，人们付出了很多努力来理解强相互作用量子系统中的热化过程，这些系统通常缺乏明显的半经典极限。时间相关变分原理 (TDVP) 允许人们通过将幺正多体动力学投影到弱纠缠变分态流形上来系统地推导出有效的经典（非线性）动力系统。我们证明这种动力系统通常具有混合相空间。当 TDVP 误差较小时，混合相空间会在量子模型的精确动力学上留下痕迹。例如，当系统在属于稳定周期轨道或周围规则区域的状态初始化时，它会表现出持续的多体量子复兴。作为原理证明，我们确定了新型“量子多体疤痕”，即导致一维和二维相互作用的里德堡原子模型中长时间振荡的初始状态。有趣的是，导致最稳健复苏的初始状态通常是纠缠态。另一方面，即使 TDVP 误差很大，如在热化倾斜场伊辛模型中，在相空间的常规区域中初始化系统也会导致热化速度惊人地减慢。我们的工作确立了 TDVP 作为一种识别任意维度中具有异常动力学的相互作用量子系统的方法。此外，混合相空间经典变分方程允许人们在相互作用模型中找到缓慢热化的初始条件。我们的结果揭示了经典和量子混沌之间的联系，指出了经典的 Kolmogorov-Arnold-Moser 定理可能扩展到量子系统。
根据光学斯塔克效应和多体微扰理论计算 n = 1、2 和 3 钙钛矿量子阱的跃迁偶极矩
摘要：金属卤化物钙钛矿量子阱 (PQW) 是表现出强束缚激子的量子和介电约束材料。激子跃迁偶极矩决定吸收强度并影响偶极介导能量转移中的阱间耦合，该过程影响 PQW 光电器件的性能。在这里，我们使用圆偏振激光脉冲的瞬态反射光谱来研究 n = 1、2 和 3 Ruddlesden − Popper PQW 的尺寸纯单晶中的光学斯塔克效应。从这些测量中，我们分别提取了 n = 1、2 和 3 的平面内跃迁偶极矩 11.1 (± 0.4)、9.6 (± 0.6) 和 13.0 (± 0.8) D。我们用密度泛函和多体微扰理论计算证实了实验结果，发现能带边缘轨道和激子波函数离域的性质取决于 PQW“奇偶”对称性。这解释了 n = 1 - 3 范围内跃迁偶极矩和 PQW 维数之间的非单调关系。
使用强化学习设计多体系统中低推力进入周期性轨道的方法
I. 引言随着火星立方体一号 (MarCO) 任务的成功和小型化技术的进步，小型卫星不再局限于在低地球轨道 (LEO) 运行。相反，通过低推力小型卫星进行深空探索、技术演示和有针对性的科学任务可能很快就会成为现实。事实上，即将到来的任务，如月球冰立方、LunaH-map 和 NEA Scout，将把小型卫星作为次要有效载荷搭载在 Artemis 1 上，部署到多体重力环境内的各种位置[1-3]。然而，混沌多体系统中航天器的轨迹和机动设计本质上是一个高维问题，而且由于结合了与低推力小型卫星相关的约束而变得更加复杂：有限的推进能力、运行调度约束以及固定但不确定的初始条件。虽然存在多种基于最优控制和动态系统理论 (DST) 的数值方法，用于在多体系统的近似动力学模型中构建低推力轨迹和机动剖面，但自主和稳健设计策略的开发需要一种替代方法。强化学习 (RL) 是天体动力学界越来越感兴趣的一类用于实现轨迹和机动设计的自主性的算法。RL 算法通常涉及代理与环境交互，通过对动态状态采取行动来最大化奖励函数。代理会探索环境，直到确定了决定每个状态下最佳动作的策略。如果制定得当，这些算法可以探索许多状态-动作对以确定最佳动作，同时限制对次优动作的探索。RL 方法已用于天体动力学中各种应用和动力学模型的轨迹和机动设计。例如，Dachwald 探索使用人工神经网络和进化算法设计配备低推力航天器到水星的转移 [ 4 ]。Das-Stuart、Howell 和 Folta 近期提出的方法利用 RL 和基本动力学结构来设计圆形限制三体问题 (CR3BP) 中周期轨道之间的复杂转移轨迹 [ 5 ]。此外，Scorsoglio、Furfaro、Linares 和 Massari 还使用演员-评论家深度强化学习 (DRL) 方法来开发地月空间近直线轨道航天器的对接机动 [ 6 ]。最近，Miller 和 Linares 应用著名的近端策略优化 (PPO) 算法来设计地月系统中遥远逆行轨道之间的转移，通过 CR3BP 进行建模 [ 7 ]。这些研究的成功为天体动力学界继续探索和扩展 RL 在多体轨迹设计策略中的应用奠定了宝贵的基础。具体来说，本文以这些先前的研究为基础，重点关注实施基于 RL 的轨迹设计方法的一个重要组成部分：制定一个奖励函数，该函数既反映了设计目标，也反映了影响恢复机动轮廓操作可行性的约束。该分析是在低推力 SmallSat 的轨迹设计背景下进行的，以快速访问位于与 CR3BP 中的周期轨道相关的稳定流形上的附近参考轨迹。
具有单独控制的里德堡原子的多体物理学
任意体物理学研究相互作用的量子粒子集合的行为。这是一个广泛的领域，几乎涵盖了所有凝聚态物理学，也包括核物理学和高能物理学。尽管近几十年来取得了巨大的成功，但许多实验观察到的现象仍然没有完全令人满意的解释。从支配粒子间相互作用的微观定律推导出宏观特性的困难在于希尔伯特空间的大小随粒子数量呈指数级增长。实际上，最著名的从头算方法可以计算少于 50 个粒子的演化。要研究涉及大量粒子的相关问题（毕竟，即使 1 毫克的普通物质也已经包含 10 18 个原子！），必须依靠近似值，而解决多体问题的技巧很大程度上依赖于掌握近似值。然而，使用近似值并不总是可行的，而且可能很难评估它们的有效性范围。理查德·费曼 1 提出了一种前进的方法，即在实验室中建立一个合成量子系统，并实现一个感兴趣的模型，该模型目前尚无其他解决方法。该模型可能是对真实材料的近似描述，也可能是纯粹抽象的模型。在这种情况下，它的实现导致构建一个人工多体系统，而该系统本身也成为研究对象。这种方法的一个吸引人的特点是能够在其他方法无法达到的范围内改变模型参数，从而提供一种更好地理解它们各自影响的方法。例如，如果人们对原子间相互作用对特定系统相的作用感兴趣，那么合成系统就会变得有趣，因为它们允许以真实材料中通常不可能的方式改变其强度。费曼引入的方法通常被称为量子模拟 2 , 3 ，但它可以更广泛地被视为用合成系统探索多体物理：就像化学家设计表现出有趣特性（如磁性、超导性）的新材料一样，物理学家组装人工系统并研究其特性，希望观察到新现象。长期以来，这个想法一直停留在理论上，因为对量子对象的实验控制还不够先进。过去 20 年来，情况发生了根本性变化，