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]
摘要 在重型机械应用中,液压通常用于驱动机构。本文提出了一种用于液压驱动多体系统的线性化方法。该方法允许线性化具有完整和非完整约束的一般多体系统的运动方程,并增加液压子系统的液压方程。这种线性化方法的推导在许多应用中都很有趣,例如执行线性稳定性分析。使用液压驱动四杆机构的三维多体模型测试了该程序。通过线性和非线性系统的正向动力学模拟来验证该方法。结果显示了该方法的强大功能
摘要:NISQ(嘈杂中尺度量子)技术的最新进展和跨学科对话极大地扩展了非平衡量子多体系统的前沿。在本次演讲中,我将讨论量子信息动力学,即投入多体系统的量子量子比特的命运,作为研究这种新动态机制的一般框架。我将展示强相互作用系统中的局部量子信息以普遍的方式传播到非局部自由度,类似于流行病的传播,并在后期被编码在多体希尔伯特空间中。这一过程被称为扰乱,已在冷原子、超导电路、离子阱和固态核磁共振实验中观察到。扰乱量子信息的非局部性质使其更耐噪声,但解码起来却更具挑战性。我将介绍我们在原型多体模型(二维量子 XY 模型)中解码和传送量子信息的最新进展,使用精确的长距离纠缠本征态和局部测量。我们的协议已准备好在当前的 NISQ 设备上执行,并可能为量子信息处理开辟新的可能性。
我们对不同几何结构(从一维链、准一维梯形到二维方晶格)中量子和经典自旋模型中的自旋和能量动力学进行了全面比较。我们重点研究形式上无限温度下的动力学,特别考虑局部密度的自相关函数,其中时间演化由量子情况下的线性薛定谔方程或经典力学情况下的非线性哈密顿运动方程控制。虽然在一般情况下,量子动力学和经典动力学之间不能期望有定量一致性,但我们对自旋 1/2 系统(最多 N = 36 个晶格点)的大规模数值结果实际上违背了这一预期。具体来说,我们观察到所有几何都具有非常好的一致性,这对于准一维或二维的非可积量子模型来说是最好的,但在可积链的情况下仍然令人满意,至少如果传输特性不受大量守恒定律的支配。我们的研究结果表明,经典或半经典模拟提供了一种有意义的策略来分析量子多体模型的动力学,即使在自旋量子数 S = 1 / 2 很小且远离经典极限 S →∞ 的情况下也是如此。
我们表征了具有地点间高斯耦合,现场非高斯相互作用以及局部耗散的多体骨气和费米子多体模型的动态状态,其中包括粒子损失,粒子损失,增益和倾向。我们首先确定,对于费米子系统,如果偏向噪声大于非高斯相互作用,而与高斯耦合强度无关,则系统状态是始终始终是高斯州的凸组组合。fur-hoverore,对于玻感系统,我们表明,如果粒子损失和粒子增益速率大于高斯间耦合,则该系统始终保持可分离状态。以这种特征为基础,我们确定以高于阈值的噪声速率,存在一种经典算法,可以有效地从系统状态中采样费米子和玻色子模式。最后,我们表明,与费米子体系不同,即使耗散远高于现场的非高斯性,骨系统也可以演变为不凸上高斯的状态。类似地,与骨骼系统不同,即使噪声速率比地点间耦合大得多,费米子系统也可以产生纠缠。
van der waals异质结构中的Moiré超级晶格代表了高度可调的量子系统,在多体模型和设备应用中都引起了极大的兴趣。然而,在室温下,Moiré电位对光物质相互作用的影响在很大程度上仍然没有。在我们的研究中,我们证明了MOS 2 /WSE 2中的Moiré潜力促进了室温下层间激子(IX)的定位。通过执行反射对比光谱,我们证明了原子力显微镜实验支持的原子重建在修饰内部激子中的重要性。降低扭转角时,我们观察到IX寿命会更长,并且发光增强,表明诸如缺陷之类的非辐射衰减通道被Moiré电位抑制。此外,通过将Moiré超晶格与硅单模腔的整合,我们发现,使用Moiré捕获的IXS的设备显示出明显较低的阈值,与利用DelaCalized IXS的设备相比,较小的一个数量级。这些发现不仅鼓励在升高温度下在Moiré超晶格中探索多体物理学,而且还为利用光子和光电应用中的这些人工量子材料铺平了道路。
摘要Hexapods对各种运动任务的适应性,尤其是在救援和勘探任务中,可以推动其应用。与受控环境不同,这些机器人需要驾驶不断变化的地形,在这种环境中,地面不规则影响会影响立足点位置和接触力的起源转移。这种动态相互作用导致六角形姿势变化,影响整体系统稳定性。这项研究介绍了一种姿势控制方法,该方法根据地形拓扑调整了六角形的主体定向和高度。策略使用肢体位置估算地面斜率,从而计算新的肢体轨迹以修改六脚架的角度位置。根据计算出的斜率调整六足的高度,进一步增强了主体稳定性。在雅典娜六角(Athena Hexapod)(环境适应性的全地形六角形)上实施和评估了所提出的方法。通过使用凉亭软件中的计算模拟,通过对六足动物在不规则表面上的多体模型的动态分析来评估控制可行性。环境复杂性对六足动物稳定性的影响都在坡道和不平坦的地形上进行了测试。对每种情况的独立分析都评估了控制器对滚动和俯仰角速度的影响以及高度变化。结果证明了该策略对这两种环境的适用性,从而显着增强了姿势稳定性。
绝热近似 [ 1 , 2 ] 指出,对于足够慢变化的哈密顿量,初始本征态将保持在时间相关问题的相应本征态。这种近似构成了当前量子技术中许多方法的基础,包括绝热量子计算 [ 3 – 5 ]、退火 [ 6 , 7 ]、模拟 [ 8 – 10 ] 和量子门的应用 [ 11 ]。绝热近似的有效性取决于哈密顿量随时间的变化是否缓慢 [ 2 , 5 , 12 ]。相关时间尺度由其谱中间隙的倒数决定。在量子多体系统中,过渡区域的间隙与自由度数成反比,从而迫使任意缓慢的时间依赖性保持绝热状态。这导致了大量技术的开发,以控制量子系统并在没有绝热近似的情况下实现预期的结果,从而导致了绝热捷径的发展[ 13 , 14 ],量子最优控制[ 15 – 18 ],以及绝热量子退火[ 19 ]。注意,绝热近似也可以在不需要任何谱隙存在的情况下定义[ 20 , 21 ]。对于量子多体系统,由于求解与时间无关的薛定谔方程的复杂性,了解绝热近似在什么时间尺度上失效并不是一项简单的任务。如果哈密顿量变化太快,可能出现跨越谱隙的绝热激发,从而违反绝热性的定义(遵循相应的本征态)。反非绝热驱动方法 [ 22 – 24 ] 引入了额外的驱动项来抵消这些非绝热激发,从而将绝热条件强制为任意快时间内时间相关的薛定谔方程的解。然而,要做到这一点,恰恰需要了解特征态,而这又需要时间无关的薛定谔方程的解。由于这在许多情况下超出了当前计算机的能力范围,特别是对于基态以外的情况,因此需要开发一种新的绝热和反非绝热驱动方法。最近,提出了一种方法,它通过绝热规范势 (AGP) 定义非绝热激发,可以使用最小作用原理通过变分找到 [ 25 , 26 ] 。即使不使用这种变分方法也可以找到精确的 AGP,但这又回到了有效求解薛定谔方程。变分方法允许构建近似反非绝热驱动,该驱动可以考虑实际实施的要求,例如控制项是局部的。因此,AGP 的概念已被用于构建各种量子多体模型的近似反非绝热驱动协议,包括为数值最优控制[27-30]提供信息,为机器学习方法提供灵感[31],改进量子退火协议[32-35],改进状态准备[36,37],以及实现实验演示[38,39]。AGP 提供了大量有关量子系统动力学的信息 [26],其探测感兴趣物理性质的能力仍在研究中。最近有研究表明,AGP 范数可以为简单模型提供量子相变的精确度量 [40],也有研究将其用作量子混沌的度量 [41-43]。 AGP 可用于寻找量子近似优化算法 (QAOA) 的最优角度,其方式是将对非绝热损失的抑制纳入有限数量的变分步骤引起的 Trotter 误差中 [44-46]。研究还表明,AGP 可用于计算变分 Schrieffer-Wolff 变换,以计算多体动力学 [47]。在本文中,我们提出了一种新的、有效的数值方法来计算 AGP,它结合了参考文献 [25] 和 [48] 中的思想,以及参考文献 [40] 中的代数方法。我们的新方法可以生成任意阶的 AGP 近似值,同时允许