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NASA 的数字孪生和生活模型
NASA ESTO 先进信息系统技术 (AIST) 地球系统数字孪生 (ESDT) 推进 • 地球系统状态和时间演化的交互式集成多领域、多尺度数字复制品。它动态集成： • 相关的地球系统模型和模拟； • 其他相关模型（例如与世界基础设施相关的模型）； • 连续和及时（包括近实时和直接读出）观测（例如太空、空中、地面、空中/水下、物联网 (IoT)、社会经济）； • 长期记录； • 分析和人工智能工具。
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arXiv:2408.09083v2 [quant-ph] 2025 年 1 月 8 日 - CyI
使用经典计算获得组合优化问题的精确解需要耗费大量的计算资源。该领域的现行原则是量子计算机可以更有效地解决这些问题。虽然有前景的算法需要容错量子硬件，但变分算法已经成为近期设备的可行候选者。这些算法的成功取决于多种因素，其中假设的设计至关重要。众所周知，量子近似优化算法（QAOA）和量子退火等流行方法存在绝热瓶颈，导致电路深度或演化时间更长。另一方面，虚时间演化的演化时间受哈密顿量的逆能隙所限制，对于大多数非关键物理系统来说，该能隙是常数。在这项工作中，我们提出了受量子虚时间演化的启发的虚哈密顿变分假设（i HVA）来解决 MaxCut 问题。我们引入了参数化量子门的树形排列，从而能够使用一轮 i HVA 精确解决任意树形图。对于随机生成的 D 正则图，我们通过数值证明 i HVA 以较小的常数轮数和亚线性深度解决了 MaxCut 问题，优于 QAOA，后者需要轮数随图大小而增加。此外，我们的假设可以精确解决最多 24 个节点且 D ≤ 5 的图的 MaxCut，而经典的近最优 Goemans-Williamson 算法只能得出近似解。我们通过硬件演示在具有 67 个节点的图上验证了我们的模拟结果。
冲击加速圆柱形流体的不稳定性演变......
建立一个描述具有任意 Atwood 数的冲击加速圆柱形流体层的模型对于揭示 Atwood 数对扰动增长的影响至关重要。最近的模型（J. Fluid Mech.，第 969 卷，2023，第 A6 页）揭示了冲击加速圆柱形流体层不稳定性演化的几种贡献，但由于采用了真空中流体层的薄壳校正和界面耦合效应，其适用性仅限于 Atwood 数绝对值接近于 1 的情况。通过对两个界面分隔三种任意密度流体的圆柱形流体层进行线性稳定性分析，本研究推广了薄壳校正和界面耦合效应，从而将最近的模型扩展到具有任意 Atwood 数的情况。通过直接数值模拟证实了该扩展模型在描述再冲击前冲击加速流体层不稳定性演化的准确性。在验证模拟中，考虑了三种流体层配置，其中外部和中间流体保持不变，内部流体的密度减小。此外，通过使用该模型分析每个贡献，主要阐明了内界面 Atwood 数对扰动增长影响的潜在机制。随着 Atwood 数的减小，由于层内回荡的波更强，Richtmyer-Meshkov 不稳定性的主要贡献增强，导致初始同相界面处的扰动增长减弱，初始反相界面处的扰动增长增强。
复杂量子系统：学习与模拟
多体量子系统在理论和实验量子信息处理中无处不在，从凝聚态系统的模拟到良好量子纠错码的开发。近年来，我们对这些系统复杂性的数学理解取得了重大进展。在这些讲座中，我们将探讨多体量子系统的物理模型的复杂性，从物质的基态和热态到短时量子演化的输出。我们将考虑两种复杂性概念：(i) 模拟系统属性的计算难度（又名正向问题）；(ii) 从访问样本（又名逆问题）中学习系统的经典描述的可学习性。
核非弹性散射的量子模拟
图 1：根据方程 (24)，在 N q 量子比特量子寄存器上，e U ( tf ; t 0 ) 的完整时间演化的量子电路设计示意图。电路从左到右运行。门 e U ( tk )，其中 tk = t 1 , t 2 , · · · , tn 且 tn = tf ，对应于散射时间 tk 处单个时间步长的时间演化算子。尽管 e U ( tk ) 随 tk 而变化，但它在每个短时间步长 [ tk − 1 , tk ] 内都被认为是时不变的。| q ⟩ ⊗ N q 表示 N q 量子比特寄存器。
量子信息论-量子通道
与仅传递信息的传统信道相比，量子信道受到叠加和纠缠等量子力学原理的影响。这些信道不仅携带信息，而且它们传递信息的方式可能受到量子噪声和环境相互作用的影响，因此研究它们的性质和行为既令人着迷，又对量子技术的发展至关重要。在探索量子信道时，我们必须考虑幺正演化的概念——量子态在封闭系统中以可逆方式演化——以及这种理想在噪声不可避免的开放系统中受到的挑战。这些概念的影响是深远的，不仅对我们的理论理解如此，而且对量子计算和安全通信的实际应用也是如此。
多体费米子系统的量子参数估计及其在霍尔效应中的应用
我们根据一个参数计算纯态下通用多体费米子系统的量子费歇尔信息。我们讨论了参数印在基态、状态系数或两者中的情况。在系数的参数依赖性来自哈密顿量演化的情况下，我们推导出一个特别简单的量子费歇尔信息表达式。我们将我们的发现应用于量子霍尔效应，并评估与有效哈密顿量基态系统磁场最佳测量相关的量子费歇尔信息。泡利原理强制占据高动量电子态导致灵敏度的“超海森堡”缩放，其幂律取决于传感器的几何形状。
宇宙、太阳、地球和人类的未来
本文旨在介绍宇宙、太阳和地球的起源和演化及其可能的未来，以及地球、太阳和宇宙终结时人类生存的替代解决方案。本文介绍了人类在应对来自外太空的小行星、仙女座星系和银河系之间的碰撞、月球与地球距离的增加、太阳的死亡以及我们生活的宇宙的终结时生存的替代解决方案。这项研究基于对现有的关于宇宙、太阳和地球的起源和演化的宇宙学文献的研究。在执行工作中使用的方法包括确定宇宙、太阳和地球如何运作，以及导致它们各自终结的因素，此外还确定人类生存的替代解决方案和实现这一目标所需的技术突破。
第一届国际生物沉积学大会
越来越多的证据表明，从远古地质时代到现在，大多数（如果不是全部）沉积过程都与生物活动有关。生物沉积学是生物学和沉积学之间的交叉学科，发展迅速。从出版物中可以看出，生物沉积学近年来在世界范围内引起了极大关注。为了探索从地质时代到现在的物理沉积中生物过程之间的相互作用及其可能的后果和控制，我们将于 2024 年底在中国武汉举办第一届生物沉积学国际会议。特别强调微生物在沉积过程中的参与、生物矿化过程和机制，以及它们对碳中和和宜居地球演化的贡献。
硕士论文 - 创建任意经典基本细胞自动机的量子类似物
2 链由局部哈密顿量的总和控制。非可逆经典 CA 的量子类似物被表示为由非厄米哈密顿量控制的非幺正量子系统。介绍并分析了用于控制此类演化的两组可能的非厄米算子。分析所得的量子系统，并将其与选定规则的经典系统进行比较。相似之处包括收敛到相似状态，并在静态和周期性情况下表现出相同的行为。针对选定系统确定并解释了已知的量子现象，如遍历性及其由于希尔伯特空间碎片而导致的破坏，其中与 PXP 模型等经过充分研究的系统进行了比较。