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时间旅行的量子门

物理学报 2024年第2期73卷 89-92页

作者：王粲陆朝阳陈明城中国科学技术大学近代物理系合肥微尺度物质科学国家研究中心合肥230026 中国科学技术大学中国科学院量子信息与量子科技前沿卓越创新中心上海201315

量子计算可以解决经典计算难于求解的问题,在物理原理允许范围内扩大了可有效计算的问题范围,对经典计算的扩展丘奇图灵论题提出了挑战.这里我们讨论一个有趣的问题:通过突破物理原理限制来实现更强大的计算机,进一步扩展量子计算机的能... 详细信息

量子计算可以解决经典计算难于求解的问题,在物理原理允许范围内扩大了可有效计算的问题范围,对经典计算的扩展丘奇图灵论题提出了挑战.这里我们讨论一个有趣的问题:通过突破物理原理限制来实现更强大的计算机,进一步扩展量子计算机的能力.我们考虑一种全新的操纵能力,让量子计算可以实现时间穿梭旅行的量子控制门.这是量子门线路图形语言的一个符合直觉的扩展,作为例子,我们展示了一个可以有效求解SAT难题的扩展量子算法.我们的结果有助于更深刻地理解计算和物理原理之间的关系.

关键词：扩展丘奇图灵论题时间旅行闭合类时曲线量子计算机 P与NP问题

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基于自注意力机制的音频对抗样本生成方法

数据采集与处理 2024年第2期39卷 416-423页

作者：李珠海郭武中国科学技术大学语音及语言信息处理国家工程研究中心合肥230027

随着个人语音数据在网络上的传播以及自动说话人识别算法的发展,个人的声纹特征面对着泄露的风险。音频对抗样本可以在人耳主观听觉不变的前提下,使得自动说话人识别算法失效,从而保护个人的声纹特征。本文在典型的音频对抗样本生成算法... 详细信息

随着个人语音数据在网络上的传播以及自动说话人识别算法的发展,个人的声纹特征面对着泄露的风险。音频对抗样本可以在人耳主观听觉不变的前提下,使得自动说话人识别算法失效,从而保护个人的声纹特征。本文在典型的音频对抗样本生成算法FoolHD模型的基础上引入了自注意力机制来改进对抗样本生成,该方法称为FoolHD-MHSA。首先,使用卷积神经网络作为编码器来提取输入音频频谱的对抗扰动谱图;然后利用自注意力机制从全局角度提取扰动谱不同部分特征的关联特征,同时将网络聚焦到扰动谱中的关键信息、抑制无用信息;最后,使用解码器将处理后的扰动谱隐写到输入频谱中得到对抗样本频谱。实验结果表明,FoolHD-MHSA方法生成的对抗样本相比FoolHD方法有着更高的攻击成功率和平均客观语音质量评估(Perceptual evaluation of speech quality,PESQ)得分。

关键词：自注意力机制对抗样本说话人识别深度神经网络

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基于增强条纹去除的超冷原子成像

物理学报 2024年第14期73卷 193-200页

作者：王帅李希姚星灿中国科学技术大学物理学院合肥微尺度物质科学国家研究中心合肥230026 中国科学技术大学中国科学院量子信息与量子科技创新研究院上海量子科学研究中心上海201315 中国科学技术大学合肥国家实验室合肥230088

吸收成像是超冷原子实验中定量测量的基础.典型的成像过程涉及记录探测光场和原子吸收光场的照片.在拍摄这两张照片的时间间隔内,由于探测光不可避免的抖动,会在成像过程中引入条纹噪声模式.常规的条纹去除算法虽然可以抑制这种噪声,但... 详细信息

吸收成像是超冷原子实验中定量测量的基础.典型的成像过程涉及记录探测光场和原子吸收光场的照片.在拍摄这两张照片的时间间隔内,由于探测光不可避免的抖动,会在成像过程中引入条纹噪声模式.常规的条纹去除算法虽然可以抑制这种噪声,但由于其忽略了原子吸收效应对噪声信号的调制,使得原子团上会出现无法完全消除的剩余条纹,并且这一现象会随着原子密度的增大而愈发明显.本文提出了一种创新的增强条纹去除算法,该方法考虑了原子的吸收效应,并通过主动调制噪声信号的强度,从根本上避免了剩余条纹的产生并显著提高了成像的信噪比.在处理均匀费米气体的吸收成像时,新算法成功将表征原子密度波动的相对标准偏差降低约37%.此外,本文还利用该方法对6Li费米原子超流中的第二声波进行了定量观测.与传统的条纹去除算法相比,我们的新方法将密度波关联函数的对比度提高了近4倍,密度响应谱强度提升约15%.上述结果表明,增强条纹去除算法不仅可以有效地抑制条纹噪声,而且更有利于在高密度原子体系中识别和探测一些重要物理效应.

关键词：条纹去除吸收成像幺正费米超流第二声波

基于Transformer的宫颈异常细胞自动识别方法

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中国激光 2024年第3期51卷 85-95页

作者：张峥陈明销李新宇程逸申书伟姚鹏中国科学技术大学工程科学学院精密机械与精密仪器系安徽合肥230027 中国科学技术大学苏州高等研究院江苏苏州215123 中国科学技术大学微电子学院安徽合肥230027

宫颈异常细胞与正常细胞在形态上存在较大相似性且细胞尺寸变化较大,这使得宫颈异常细胞的精准检测变得非常困难。鉴于此,开发了一种基于Transformer模型的宫颈异常细胞自动识别模型,以帮助病理学家作出更准确的诊断。提出了两种创新性... 详细信息

宫颈异常细胞与正常细胞在形态上存在较大相似性且细胞尺寸变化较大,这使得宫颈异常细胞的精准检测变得非常困难。鉴于此,开发了一种基于Transformer模型的宫颈异常细胞自动识别模型,以帮助病理学家作出更准确的诊断。提出了两种创新性方法,一是一种改进的Transformer编码器结构,通过引入深度(DW)卷积来高效获取图像的特征,捕捉图像中的全局依赖信息;二是自适应的动态交并比(IOU)阈值,在模型训练的不同阶段使用不同的IOU阈值,实现尽可能多的有效检测,提升模型的收敛速度和检测精度。在宫颈异常细胞数据集上,通过消融实验,证明了改进的Transformer编码器和动态IOU阈值的有效性。此外,与已有的宫颈异常细胞识别方法相比,所提出的方法在平均精度指标上有明显的提高。实验结果表明,所提出的方法能够高效且准确地识别宫颈异常细胞,且能辅助病理专家提高诊断准确率和效率,具有应用到临床的潜力。

关键词：医用光学宫颈细胞病理图像目标检测医学图像处理

一种集成于超算作业调度系统的应用并行参数优化方法

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计算机工程 2024年

作者：张文帅李会民李京潘必才中国科学技术大学网络信息中心超级计算中心中国科学技术大学计算机科学与技术学院中国科学技术大学物理系

随着高性能计算体系结构的发展，软件与硬件都具有了多层的并行结构。当不同纵向层级与横向分组的计算任务被划分到不同节点的不同处理器时，具有非常多的分配对应方式。这些分配方式一般在运行时由用户输入的多个并行参数来确定，并对... 详细信息

随着高性能计算体系结构的发展，软件与硬件都具有了多层的并行结构。当不同纵向层级与横向分组的计算任务被划分到不同节点的不同处理器时，具有非常多的分配对应方式。这些分配方式一般在运行时由用户输入的多个并行参数来确定，并对计算效率影响很大。随着计算规模与复杂度的提升，多个并行参数的可配置空间越来越大，用户越来越难以确定最佳的并行参数值。这类运行时优化问题在科学计算应用中较为普遍，但相关的研究与解决方法比较少见。在本工作中，以VASP应用为例，首先分析了该应用的多层并行结构，展示了不同并行参数配置引发的巨大运行速度差异。然后，提出一个基于约化并行效率指标的全自动运行优化方法，其不仅可以帮助用户简单快捷地确定最佳应用并行参数，同时可以帮助用户确定最佳的计算资源使用量，使应用可以高效率地扩展到大规模的并行计算。最后，本文将该优化方法与计算集群作业调度系统融合，应用于用户提交的真实VASP计算作业中。统计结果表明，本方案显著提升了作业运行速度与超算资源的使用效率，因此具有很好的工程应用前景。

关键词：并行计算作业调度运行时优化超级计算 VASP

一维超冷原子动量光晶格中的手征对称性破缺拓扑相

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物理学报 2024年第4期73卷 21-26页

作者：曾超毛一屹吴骥宙苑涛戴汉宁陈宇翱中国科学技术大学物理学院合肥微尺度物质科学国家研究中心合肥230026 中国科学技术大学中国科学院量子信息与量子科技创新研究院上海量子科学研究中心上海201315 合肥国家实验室合肥230088 南方科技大学物理系深圳518055

对称性在理解物质的拓扑态方面具有关键作用.过去人们认为手征对称性保证了一维晶格的量子化Zak相位及其对应的非平庸拓扑相.本文展现了在一维手征对称性破缺的情况下,晶格系统仍具有量子化Zak相位和非平庸拓扑相.具体而言,在超冷原子... 详细信息

对称性在理解物质的拓扑态方面具有关键作用.过去人们认为手征对称性保证了一维晶格的量子化Zak相位及其对应的非平庸拓扑相.本文展现了在一维手征对称性破缺的情况下,晶格系统仍具有量子化Zak相位和非平庸拓扑相.具体而言,在超冷原子动量晶格系统中有效地模拟了一个链长为26、手征对称性破缺的Zigzag模型,其中相等的次近邻耦合强度能够在保留空间反演对称性的同时破坏手征对称性.通过测量原子的时间平均波包位移来获得系统的拓扑不变量,并得到了其对应的量子化的Zak相位.此外,还观测到系统随着最近邻耦合强度比例的变化会从非平庸拓扑相转变为平庸拓扑相.本文不仅为对称性及拓扑相的相关研究提供了一个完全可控的平台,还可以通过控制格点间耦合强度和原子间相互作用,探索例如Tasaki,Aharonov-Bohm caging模型中的平带拓扑以及引入相互作用研究的非线性拓扑现象.

关键词：对称性拓扑不变量 Zak相位动量光晶格

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分子动力学模拟中支持CIF蛋白质文件格式

中国科学技术大学学报 2024年第3期54卷 1-6,I0007页

作者：王恒越张志勇中国科学技术大学物理系安徽合肥230026

分子动力学(MD)模拟能够以非常精细的时间分辨率捕捉蛋白质的全原子动态行为,因此它已经成为蛋白质动力学研究的重要工具。当前有多种MD软件包被广泛使用。MD模拟需要从一个蛋白质初始结构开始,而初始结构一般来自蛋白质数据库(PDB)。直... 详细信息

分子动力学(MD)模拟能够以非常精细的时间分辨率捕捉蛋白质的全原子动态行为,因此它已经成为蛋白质动力学研究的重要工具。当前有多种MD软件包被广泛使用。MD模拟需要从一个蛋白质初始结构开始,而初始结构一般来自蛋白质数据库(PDB)。直到2014年,PDB文件格式一直是蛋白质结构的标准格式。然而,PDB格式存在一些内在缺陷,例如以固定宽度存储结构信息,这对于超大型蛋白质复合物来说存在问题。因此,CIF文件格式被提出来替代PDB格式,前者的特点是具有出色的扩展性。据我们所知,目前主流的MD软件包只支持PDB格式,而不直接支持CIF格式。在本研究中,我们修改了一个MD软件包GROMACS的源代码,使其能够支持输入CIF格式的蛋白质结构文件,并生成拓扑文件。这项工作将简化大型蛋白质复合物MD模拟中的预处理过程。

关键词：蛋白质数据库 PDB格式 CIF格式分子动力学模拟 GROMACS

分子动力学模拟中支持CIF蛋白质文件格式（英文）

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中国科学技术大学学报 2024年第3期 3-9页

作者：王恒越张志勇中国科学技术大学物理系

分子动力学(MD)模拟能够以非常精细的时间分辨率捕捉蛋白质的全原子动态行为，因此它已经成为蛋白质动力学研究的重要工具。当前有多种MD软件包被广泛使用。MD模拟需要从一个蛋白质初始结构开始，而初始结构一般来自蛋白质数据库(PDB)... 详细信息

分子动力学(MD)模拟能够以非常精细的时间分辨率捕捉蛋白质的全原子动态行为，因此它已经成为蛋白质动力学研究的重要工具。当前有多种MD软件包被广泛使用。MD模拟需要从一个蛋白质初始结构开始，而初始结构一般来自蛋白质数据库(PDB)。直到2014年，PDB文件格式一直是蛋白质结构的标准格式。然而，PDB格式存在一些内在缺陷，例如以固定宽度存储结构信息，这对于超大型蛋白质复合物来说存在问题。因此，CIF文件格式被提出来替代PDB格式，前者的特点是具有出色的扩展性。据我们所知，目前主流的MD软件包只支持PDB格式，而不直接支持CIF格式。在本研究中，我们修改了一个MD软件包GROMACS的源代码，使其能够支持输入CIF格式的蛋白质结构文件，并生成拓扑文件。这项工作将简化大型蛋白质复合物MD模拟中的预处理过程。

关键词：蛋白质数据库 PDB格式 CIF格式分子动力学模拟 GROMACS

耳机重放中三维听觉显示定位精度及反应时间的影响因素分析

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声学学报 2024年第06期49卷 1152-1161页

作者：姚鼎鼎汤婕王瑀楠杨钧程江涛李军锋郑挺郭小朝中国科学院声学研究所语音与智能信息处理实验室空军都江堰特勤疗养中心北京航空航天大学电子信息工程学院空军特色医学中心

探究了基于头相关传输函数(HRTF)的三维听觉显示中,重放方式(动态/稳态重放)、HRTF种类(个性化/非个性化HRTF)、被试类型(有/无测听经验)三个因素对三维听觉显示定位精度和反应时间的影响。实验结果表明,重放方式对听觉定位的影响显著,... 详细信息

探究了基于头相关传输函数(HRTF)的三维听觉显示中,重放方式(动态/稳态重放)、HRTF种类(个性化/非个性化HRTF)、被试类型(有/无测听经验)三个因素对三维听觉显示定位精度和反应时间的影响。实验结果表明,重放方式对听觉定位的影响显著,动态重放的定位效果明显优于稳态重放,该结论对于有测听经验以及无测听经验的受试者均成立; HRTF种类对听觉定位也具有较大影响,个性化HRTF的定位效果优于非个性化HRTF,具有测听经验的受试者较无测听经验的受试者能更好利用个性化HRTF;具有测听经验的受试者在各个实验条件下所需的定位反应时间更短。相关结果可为三维听觉显示技术的真正应用提供重要参考。

关键词：双耳重放听觉定位定位精度反应时间

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