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用于制造业模拟的量子计算增强服务生态系统
摘要 量子计算 (QC) 和机器学习 (ML)，无论是单独使用还是组合成量子辅助 ML (QML)，都是正在崛起的计算范式，其计算具有巨大的加速、提高精度和减少资源的潜力。工程数值模拟的可能改进意味着它可能会对制造业产生强大的经济影响。在本项目报告中，我们提出了一个用于制造业模拟的量子计算增强服务生态系统框架，该框架由从硬件到算法到服务和组织层的各个层组成。此外，我们从科学和工业的角度深入了解了基于 QC 和 QML 的应用研究的现状。我们进一步分析了两个高价值用例，旨在对这些新的计算范式在工业相关环境中的应用进行定量评估。
研究了模拟的两组分凝胶系统的组织再生
[1] K. R. Walker和G. Tesco，“创伤性脑损伤后认知功能障碍的分子机制”，《衰老神经科学》的前沿，第1卷。5，p。 29，2013。[2] S. Jiang，S。Chen和S. Chen，“新型抗菌棉纺织品，配以Siloxane硫磺丙基贝因，” Fiber Soc。春天，pp。263-264，2011。[3] S. Chen等。，“环保抗菌棉纺织品，配以硅氧烷硫丙基贝素，” ACS Applied Material＆Interfaces，第1卷。3，不。4，pp。1154-1162，2011。[4] S. Chen，S。Chen，S。Jiang，Y。Mo，J。Tang和Z.GE，“硅氧烷硫烷抗微生物剂的合成和表征，”，《表面科学》，第1卷。605，否。11-12，pp。L25-L28，2011。[5] S. Chen等。，“含有含反应性硅氧烷的性硫丙基的研究，用于抗菌材料中”，“胶体和表面B：Biointerfaces，第1卷。85，否。2，pp。323-329，2011。[6] S. Jiang，Y. Liu，T。Wang，Y。Gu和Y. Luo，“基于MaleImide-Thiol结合的新型抗菌水凝胶的设计和制备”，《 ISSN》，第1卷。2766，p。 2276，2023。 [7] S. Jiang和T. Zhang，“对生物相容性的马来酰亚胺修饰的葡萄糖和透明质酸水凝胶系统的研究”，“精细化学工程”，pp。 100-109，2023。 [8] S. Jiang，Y。Liu和T. Wang，“对神经退行性疾病的新型生物相容性快速凝胶水凝胶的研究”，《生物医学科学与技术研究杂志》，第1卷。 50，没有。2766，p。 2276，2023。[7] S. Jiang和T. Zhang，“对生物相容性的马来酰亚胺修饰的葡萄糖和透明质酸水凝胶系统的研究”，“精细化学工程”，pp。100-109，2023。[8] S. Jiang，Y。Liu和T. Wang，“对神经退行性疾病的新型生物相容性快速凝胶水凝胶的研究”，《生物医学科学与技术研究杂志》，第1卷。50，没有。3，pp。1149-1157，2023。[9] S. Jiang，Y。Liu和Y. Gu，“用于组织工程的基于肽的短多糖水凝胶：迷你综述。”[10] D. Jhala和R. Vasita，“关于模仿人造干细胞生态位的细胞外基质策略的综述，” Polymer评论，第1卷。55，否。4，pp。561-595，2015。[11] M. Bahram，N。Mohseni和M. Moghtader，“水凝胶和一些最新应用的简介”，在水凝胶的分析和应用中的新兴概念中：Intechopen，2016。[12] T. R. Hoare和D. S. Kohane，“药物输送中的水凝胶：进度和挑战”，Polymer，第1卷。49，否。8，pp。1993-2007，2008。[13] S. Jiang，Y。Gu和E. Kumar，“基于五种机器学习算法的磁共振成像（MRI）脑肿瘤图像分类”，“云计算和数据科学，pp。122-133，2023。[14] S. Jiang，Y。Gu和E. Kumar，“通过电子健康记录使用人工智能技术的中风风险预测，”人工智能演变，pp。88-98，2023。[15] J.Song，Y。Gu和E. Kumar，“基于光谱聚类算法的胸部疾病图像分类”，有关计算机科学的研究报告，pp。77-90，2023。[16] Y. Gu等。，“揭示乳腺癌风险特征：由在线网络应用程序赋予的生存聚类分析”，《未来肿瘤学》，第1期。0，2023。
使用 rAC-GAN 进行手术模拟的数字孪生 IoMT 系统
研发了远程医疗模拟（IoMT）系统，系统地结合混合现实（MR）、5G云计算和生成对抗网络（GAN）实现肺癌远程实施。收集曲靖和德宏90例肺栓塞（PE）阳性肺癌患者和1372例肺癌对照组的患者特异性数据，通过5G进行传输和预处理。采用一种新型基于鲁棒辅助分类器生成对抗网络（rAC-GAN）的智能网络，实现肺癌PE预测模型。为了提高远程手术实施的准确性和沉浸感，利用基于数字孪生的5G MR引导线索，将感知层的实时手术室视角和手术导航图像投射到应用层的外科医生头盔上。新型智能IoMT系统的曲线下面积（AUC）准确率分别为0.92和0.93。此外，从我们的 rAC-GAN 模型中学习到的致病特征与统计流行病学结果高度一致。所提出的智能 IoMT 系统在处理云中心的大量临床数据时产生了显着的性能改进，并为基于数字孪生的手术实施展示了一种用于远程医疗数据传输和深度学习分析的新框架。
基于模拟的培训的进步，包括生化应用，护理教育
常规护理教育通常基于功能模型，在解决疼痛管理和患者风险方面存在不一致之处。患者护理的复杂性日益增加，需要进行纪律严明，可重复的培训设计。基于仿真的培训（SBT）提供了一个安全，控制的环境，以发展技术和非技术技能，从而弥合了这一差距。从Resusci Anne等早期模型到高保真手术模拟器，增强现实（AR），虚拟现实（VR）和标准化患者（SPS）（SPS）的技术进步大大扩大了SBT的潜力。此外，掺入生化模拟可以更深入地了解潜在的生理过程及其对患者护理的影响。使用Google Scholar，Web of Science和PubMed等数据库进行了彻底的文献检查。搜索术语包括“基于模拟的培训”，“临床培训”，“临床模拟”和“虚拟模拟”，以识别SBT在护理中的研究有效性。评论涵盖了SBT的几种变化，包括动态保真度模拟，VR/AR，SP和混合模拟，结合了生化原理。这项研究表明了SBT有效性的令人信服的证据。高保真模拟器提高技能和保留率，增加信心并减轻压力。vr/ar提供的沉浸式体验在手术训练中特别有用。SPS改善了沟通和诊断。集成模拟结合了不同类型的培训，以解决技术和非技术技能。模拟后的汇报会议很重要。然而，仍然存在挑战，包括大型设备以及不断培训教师的模拟和演示技术。SBT，包括其生化应用，是护理教育，提高临床技能和患者安全的高效工具。尽管存在财务和物质限制，尤其是在低收入和中等收入国家中，但技术进步（例如AI定制和VR/AR应用程序开发）有望扩大SBT的影响力和影响。未来的研究应优先考虑成本效益和全球可访问性，以确保公平获得基于高质量的基于基于模拟的护理教育。
量子计算在推进血浆物理模拟的融合能和高能量
适应性免疫通过调节抗原特异性反应，炎症信号传导和抗体产生，在动脉粥样硬化的发病机理中起着重要作用。但是，随着年龄的增长，我们的免疫系统经历了逐渐的功能下降，这种现象称为“免疫衰老”。这种下降的特征是增生性幼稚的B和T细胞的减少，B和T细胞受体库库减少，以及相关的分泌性分泌性疾病。此外，衰老会影响生发中心的反应，并恶化次级淋巴器官功能和结构，从而导致T-B细胞动力学受损并增加自身抗体的产生。在这篇综述中，我们将剖析衰老对适应性免疫的影响以及与年龄相关的B-和T细胞在动脉粥样硬化发病机理中所起的作用，强调需要针对与年龄相关的免疫功能障碍的干预措施，以减少心血管疾病风险。
模拟的天然热浪玻璃bumblebee免疫力和对感染的抵抗力
fi g u r e 1的方法论概述，暴露于模拟热波（a）对单个bumblebee健康参数（包括免疫和感染结果）的影响（b）。为期五天的实验热态（对照和热波）。随后将所有蜜蜂返回到控制条件。一系列实验（b）测量的生存率（I），本构和诱导的免疫（II），在热波和控制条件下（III）（III）下生存的免疫反应成本，以及在Heatwave启动之前（IV）或Heatwave治疗之前的实验性锥形抑制后的感染结果。括号中的数字表示为每个响应提供工人的源菌落数量。
使用Chebyshev插值提高了Trotter模拟的精度
量子计量学允许在最佳的海森堡极限下测量量子系统的性能。但是，当使用数字汉密尔顿模拟制备相关的量子状态时，应计算的错误错误将导致与此基本限制的偏差。在这项工作中，我们展示了如何通过使用标准多项式插值技术来减轻由于时间演化而引起的算法错误。我们的方法是推断到零小猪的步长大小，类似于用于减轻硬件错误的零噪声外推技术。我们对插值方法进行了严格的误差分析，用于估计特征值和随时间推动的期望值，并证明在误差中达到了heisenberg的限制，以达到多种类因素。我们的工作表明，仅使用Trotter和经典资源来实现许多相关算法任务，可以实现接近最先进模拟的精度。
任意拓扑中量子模拟的可编程光子系统
合成维度对研究多种类型的拓扑，量子和多体物理学产生了极大的兴趣，它们为模拟有趣的物理系统（尤其是在高维度中）提供了灵活的平台。在本文中，我们描述了一种可编程的光子设备，能够在具有任意拓扑和尺寸的晶格中模仿一类Hamiltonians的动力学。我们得出了设备物理学和感兴趣的哈密顿量之间的对应关系，并模拟了该设备的物理学，以观察到各种物理现象，包括Hall Ladder中的手性状态，有效的量规电位，以及高度晶格中的振荡。我们提出的设备为在近期实验平台中研究拓扑和多体物理学开辟了新的可能性。
