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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。
ATLAS中快速光子淋浴模拟的深层生成模型
抽象需要大规模生产高度准确的模拟事件样本，以在大型强子撞机上进行的ATLAS实验广泛的物理计划激发了新的仿真技术的开发。研究了深度学习算法，变异自动编码器和生成对抗网络的最新成功，以建模地图集电磁量热计对各种能量的光子的响应。使用Geant 4将合成淋浴的特性与完整检测器仿真的淋浴进行了比较。各种自动编码器和生成对抗网络都能够快速模拟具有正确的总能量和随机性的电磁淋浴，尽管某些淋浴形状分布的建模需要更多的改进。这项可行性研究表明，将来使用这种算法进行Atlas快速量热仪模拟的潜力，并显示了一种补充当前模拟技术的可能方法。
生成人工智能执行基本的结构生物学建模研究了模拟的两组分凝胶系统的组织再生动物和机器人建模和模拟框架
摘要8动物运动和神经力学控制的研究为9种神经科学，生物力学和机器人技术的研究提供了宝贵的见解。我们已经开发了农场10（动物和机器人建模和模拟框架），一个开源的，跨学科的11框架，旨在促进访问用于建模的神经力学模拟，12个模拟，对动物势力和生物启发的机器人系统的分析。通过提供13个可访问且用户友好的平台，农场旨在降低研究人员的障碍，以探索神经系统，肌肉骨骼结构和15个环境之间的复杂相互作用。农场以模块化的方式整合了Mujoco物理引擎，使16种现实的模拟并促进了神经科学家，生物学家和机器人主义者之间的协作。17个农场已经被广泛用于研究动物的运动，例如小鼠，18个果蝇，鱼，sal和cent，是研究19个中央模式发生器和感觉反馈的作用的平台。本文概述了Farms 20框架，讨论了其跨学科方法，通过特定的21个案例研究展示了其多功能性，并强调了其在促进我们对运动的理解方面的有效性。特别是在22中，我们展示了如何使用农场来研究两次运动，通过在形态和环境中介绍基于神经24个控制器的23个实验演示，并具有中央模式发生器和感觉反馈电路模型。28总的来说，农场的25个目标是有助于更深入地了解动物运动，创新生物启发的机器人系统的26发展，并促进神经力学27研究中的可及性。
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。
多碳酸酯百分比对利用分子动力学模拟的聚氨酯/聚氨酯/氧化石墨烯纳米复合材料的热和机械行为的影响
形状记忆聚合物属于一类智能材料，能够响应特定的刺激，例如温度，电力或磁场。聚苯乙酮是脂肪族聚酯家族的可生物降解聚酯的一个例子，由于其独特的机械性能，与各种聚合物的兼容性和生物降解性，该脂肪酯家族已被广泛研究。在这项即将进行的研究中，已经添加了不同量的多丙酮酸酮，以研究其对由聚氨酯/聚氨酯/多丙烯酸酯/氧化石墨烯组成的智能聚合物纳米复合材料的热机械行为的影响。使用分子动力学仿真技术和LAMMPS软件，已评估了该设计的纳米复合材料的热，机械和原子特性。这项研究的结果表明，通过将多丙酮酸的含量从10％增加到50％，模型的纳米复合材料中的热通量和导热率从688.43增加到724.03 W/m 2，从0.85 w/m 2增加到0.85 w/m。此外，将多碳酸酯的数量从10％增加到50％，导致最终强度和研究的纳米复合材料的Young型模量从56.32增加到62.23 MPa，并从5.99增加到5.99 mpa，从5.99增加到6.29 MPa。随着多碳酸酯的量增加，均方根位移参数和玻璃过渡温度已收敛到0.31Å2和331 K。
对基于COF的锂离子电池建模和模拟的审查
锂离子电池（LIBS）由于其高能密度和可再生能力而在便携式电子，电动汽车和可再生能源系统中充当广泛的储能解决方案。共价有机框架（COF）在LIBS中具有有希望的潜力，通过提高电导率，稳定性和容量保留率提高了电池性能，从而为更高效，更可持续的能源存储技术铺平了道路。在此贡献中讨论了基于COF的LIBS研究中理论建模和仿真方法的优势。从有限元分析（FEA）用于机械透视的到密度功能理论（DFT），用于电子结构注意事项和计算流体动力学（CFD），用于电解质和热行为模拟，本研究展示了所使用的多样化工具包。电化学阻抗光谱（EIS）建模和机器学习（ML）的整合进一步增强了锂电池内对电化学过程和数据分析的理解。对建模和模拟基于COF的阳极，阴极，电解质和分离器的特定关注。本评论阐明了COF在革新锂电池技术革命性的潜力以及计算方法在推进其发展中的重要性。
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。
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。
评估巴西和英国气候模型模拟的南美季风特征的代表
在南美洲大陆的很大一部分是季风状的降水体制度，在澳大利亚夏季（12月，1月和2月，DJF）期间，潮湿的季节和澳大利亚冬季（JJA 6月，7月和8月）的旱季（Jones and Carvalho，2002年）。就科学和社会利益而言，季风是该地区最重要的气候现象之一。大多数南美洲人口都生活在直接受其季风气候特征影响的地区。几项活动可能会受到潮湿季节内发生的负降水异常的影响。例如，可以减少农业生产，可以停止河流的导航，水力发电的产生可能会受到损害，而灌木丛的火灾除了航空运输和公共健康外还可以传播并影响生物多样性（Marengo等，2008; Zeng等，2008; Marengo et al。； Marengo等，2011; Espinoza; Espinoza et al。同样，阳性沉淀异常可能导致严重的洪水事件（Marengo和Espinoza，2016； Barichivich等，2018）。因此，很快气候变化直接影响了南美人口的生计。因此，对南美季风的气候特征有深入的了解，包括大气循环的各个方面，以及它们在气候模型中的代表性，后者用于模拟过去的气候条件并预测未来条件。此知识对于提供社会可信信息以帮助建立韧性和可持续的未来很重要。
哈密顿模拟的并行量子算法
我们研究并行性如何加速量子模拟。提出了一种并行量子算法来模拟一大类具有良好稀疏结构的汉密尔顿量的动力学，这些汉密尔顿量称为均匀结构汉密尔顿量，其中包括局部汉密尔顿量和泡利和等各种具有实际意义的汉密尔顿量。给定对目标稀疏汉密尔顿量的 oracle 访问，在查询和门复杂度方面，以量子电路深度衡量的并行量子模拟算法的运行时间对模拟精度 ϵ 具有双（多）对数依赖性 polylog log(1 /ϵ )。这比以前没有并行性的最优稀疏汉密尔顿模拟算法的依赖性 polylog(1 /ϵ ) 有了指数级的改进。为了获得这个结果，我们基于 Childs 的量子行走引入了一种新的并行量子行走概念。目标演化幺正用截断泰勒级数近似，该级数是通过并行组合这些量子行走获得的。建立了一个下限Ω(log log(1 /ϵ ))，表明本文实现的门深度对ϵ 的依赖性不能得到显著改善。我们的算法被用来模拟三个物理模型：海森堡模型、Sachdev-Ye-Kitaev 模型和二次量子化的量子化学模型。通过明确计算实现预言机的门复杂度，我们证明了在所有这些模型上，我们的算法的总门深度在并行设置下都具有 polylog log(1 /ϵ ) 依赖性。