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复杂系统与计算统计物理

中国科学：物理学、力学、天文学 2024年第4期54卷 35-44页

作者：徐莉梅金瑜亮孙刚周海军赵鸿马余强北京大学物理学院北京100871 中国科学院理论物理研究所北京100190 北京师范大学物理学系北京100875 厦门大学物理科学与技术学院厦门361005 南京大学物理学院南京210093

用统计物理和计算物理方法研究复杂系统是当前物理科学的重要前沿之一.本文主要针对国家自然科学基金“计算物理”申请代码所覆盖的“复杂系统与计算统计物理”方向的现状和前沿挑战进行简单介绍,探讨新兴领域,并对其未来发展进行展望.

关键词：复杂系统统计物理计算方法无序体系非平衡热力学非线性动力学

掺杂量子自旋霍尔态后所形成超导的平均场计算

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北京师范大学学报（自然科学版） 2024年第1期60卷 1-8页

作者：侯迪莎郭文安北京师范大学物理学系北京

给出了对易面t-λ模型详细平均场理论和计算的结果,特别是给出了平均场相图.研究表明,掺杂纯的量子自旋霍尔(QSH)态后可获得2种结论:1)相互作用强度较弱时,QSH态和超导态之间可发生一级相变;2)相互作用强度较强时,系统经过一个连续相变... 详细信息

给出了对易面t-λ模型详细平均场理论和计算的结果,特别是给出了平均场相图.研究表明,掺杂纯的量子自旋霍尔(QSH)态后可获得2种结论:1)相互作用强度较弱时,QSH态和超导态之间可发生一级相变;2)相互作用强度较强时,系统经过一个连续相变进入2相共存区,并发生QSH态消失的一级相变.计算结果表明,平均场理论虽然体现了对称破缺相的特征,但是其忽略了涨落,致使其得到QSH态与超导态共存的错误结论,从而使得平均场理论无法准确描述因拓扑激发所引起的相变.

关键词：量子强关联量子自旋霍尔态超导掺杂平均场计算

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基于卷积神经网络的高效量子态层析方法

北京师范大学学报（自然科学版） 2024年第3期60卷 325-330页

作者：孙乾蒋楠北京师范大学物理学系北京

通过系统梳理多种量子态层析技术的重构算法,并结合MATLAB数值模拟,比较并分析了线性重构与回归估计、极大似然估计,以及基于深度神经网络量子态层析方法的重构效果.结果表明:基于卷积神经网络重构算法在1~3量子比特时,能够用较短时间... 详细信息

通过系统梳理多种量子态层析技术的重构算法,并结合MATLAB数值模拟,比较并分析了线性重构与回归估计、极大似然估计,以及基于深度神经网络量子态层析方法的重构效果.结果表明:基于卷积神经网络重构算法在1~3量子比特时,能够用较短时间均实现>99.5%的保真度;相较于其他经典重构算法,基于卷积神经网络重构算法在算法复杂度及保真度上具有显著优势;又因其对复杂模型具有较好的拟合能力,且辅助解决了估计密度矩阵中出现负本征值的问题,使得重构所得估计密度矩阵全部具有物理意义.

关键词：量子态层析密度矩阵卷积神经网络保真度负本征值

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量子博弈——“PQ”问题

物理学报 2024年第3期73卷 82-88页

作者：杨晓堃李维黄永畅北京工业大学理论物理研究所北京100022

研究了量子博弈中的“PQ”问题,重点探讨了参与者策略制定、收益分配和量子效应对博弈结果的影响.首先回顾了量子博弈理论的发展,并对经典博弈与量子博弈进行了对比,详细定义了参与者和策略空间,并利用收益矩阵和量子操作符进行了建模.... 详细信息

研究了量子博弈中的“PQ”问题,重点探讨了参与者策略制定、收益分配和量子效应对博弈结果的影响.首先回顾了量子博弈理论的发展,并对经典博弈与量子博弈进行了对比,详细定义了参与者和策略空间,并利用收益矩阵和量子操作符进行了建模.为解决“PQ”问题,提出了量子策略选择和优化算法,并设计了针对该问题的量子算法.在实际应用和案例研究方面,通过评述经典双人博弈——“PQ翻硬币”问题,表明当其中一个参与人采用量子策略时,他可以打败他的经典对手,获得更高的收益.通过量化手段,把整个“PQ”问题放在一个更为普遍和公平的条件下,对其推广并从多个方面和角度再次对其进行研究.同时,给出了“不完全公平博弈”和“完全公平博弈”的定义,对量子硬币翻转博弈(Meyer 1999 ***.821052)进行了修改,使博弈公平,并研究了量子硬币翻转的多轮版本.最后对“PQ”问题的局限性与扩展性进行了讨论,并展望了量子博弈研究的未来发展方向.

关键词：量子博弈经典博弈量子计算 “PQ”问题

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p53活性四聚体全原子分子动力学分析

物理学报 2024年第4期73卷 300-313页

作者：周晗耿轶钊晏世伟北京师范大学物理学系北京100875 河北工业大学理学院天津300131 北京师范大学文理学院珠海519085

p53是一种肿瘤抑制蛋白,对阻碍癌症发展、维持遗传完整性起着至关重要的作用.在细胞核内,4个p53分子通过高度协同的方式、通过DNA结合域与DNA结合,形成稳定的四聚体活性结构,并转录激活或抑制其靶向基因.然而,大多数肿瘤细胞中存在大量... 详细信息

p53是一种肿瘤抑制蛋白,对阻碍癌症发展、维持遗传完整性起着至关重要的作用.在细胞核内,4个p53分子通过高度协同的方式、通过DNA结合域与DNA结合,形成稳定的四聚体活性结构,并转录激活或抑制其靶向基因.然而,大多数肿瘤细胞中存在大量p53的突变,其中绝大部分突变发生在p53的DNA结合域,而p53的DNA结合域又是p53形成四聚体活性结构、调控下游靶基因转录的重要区域.本文通过全原子分子动力学模拟,研究了野生型p53四聚体内分子间的相互作用机制.结果表明,位于DNA两侧的对称二聚体是一个稳定的二聚体,在与DNA结合前后都能维持稳定的结构.位于DNA同侧的两个单体依靠两个接触面提供的蛋白-蛋白相互作用和DNA的骨架作用使四聚体活性结构保持稳定,这些相互作用为四聚体的形成机制提供了重要支撑.该工作厘清了p53四聚体在动力学过程中的内部相互作用机制和关键残基,揭示了四聚化过程中各个相互作用界面的关键位点,对于理解p53的抑癌机制、探索有效治癌策略、发展治癌药物具有重要意义.

关键词： p53核心四聚体 p53核心结构域蛋白-蛋白相互作用分子动力学模拟

弯曲应变下六角晶格量子反铁磁体的赝朗道能级

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物理学报 2024年第2期73卷 49-58页

作者：解晓洁孙俊松秦吉红郭怀明北京科技大学物理系北京100083 北京科技大学理论物理研究所北京100083 北京航空航天大学物理系北京100191

利用线性自旋波理论和量子蒙特卡罗方法研究了弯曲应变下六角晶格量子反铁磁体的赝朗道能级.通过线性自旋波理论,发现磁赝朗道能级出现在磁子能谱的高能端,其能级间距与能级指数的平方根成正比.线性自旋波理论和量子蒙特卡罗方法都显示... 详细信息

利用线性自旋波理论和量子蒙特卡罗方法研究了弯曲应变下六角晶格量子反铁磁体的赝朗道能级.通过线性自旋波理论,发现磁赝朗道能级出现在磁子能谱的高能端,其能级间距与能级指数的平方根成正比.线性自旋波理论和量子蒙特卡罗方法都显示,尺寸相同时随着应变强度的逐渐增加,局域磁化强度逐渐减弱,应变强度相同的条件下反铁磁序在y方向上连续减弱,因为上边界处的海森伯链解耦为孤立的垂直链,导致上边界附近的磁序被破坏.量子蒙特卡罗方法提供了更精确的反铁磁序演化:在特定应变强度下上边界处垂直关联不变,水平关联增加,从而影响磁化强度,使局域磁化在上边界处呈上翘趋势.研究结果有助于理解弯曲应变对自旋激发的影响,并可能在二维量子磁性材料实验中得以实现.

关键词：弯曲应变赝朗道能级线性自旋波理论量子蒙特卡罗方法

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火星弓激波上游高能拾起氧离子实例分析

地球物理学报 2024年第1期67卷 12-20页

作者：雷桓郭建鹏何林峡林海博常克文陈艳北京师范大学天文与天体物理前沿科学研究所北京102206 北京师范大学天文系行星与空间物理研究团组北京100875

火星外逸层中的氧原子(O)经光致电离、电荷交换或电子碰撞产生氧离子(O^(+)),新生O^(+)随即被太阳风拾起,进而被对流电场加速.这些O^(+)被称为“拾起”O^(+).2018年11月17日08∶54∶00—10∶24∶00 UT期间,火星大气和挥发物演化任务(Mar... 详细信息

火星外逸层中的氧原子(O)经光致电离、电荷交换或电子碰撞产生氧离子(O^(+)),新生O^(+)随即被太阳风拾起,进而被对流电场加速.这些O^(+)被称为“拾起”O^(+).2018年11月17日08∶54∶00—10∶24∶00 UT期间,火星大气和挥发物演化任务(Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN,MAVEN)卫星从上游太阳风进入磁鞘中,持续观测到背离太阳运动的高能拾起O^(+)(约30 keV),在相空间呈现为初速度不为零的部分环分布.分析表明:这部分高能O^(+)的初始能量较高,回旋半径较大,位于摆线运动的高能区域,穿越火星弓激波进入磁鞘,离子在该范围内能量变化不显著,只是使得相应环分布在穿越弓激波后发生偏转.这些结果有助于进一步认识火星空间高能拾起O^(+)的产生与运动轨迹.

关键词：火星拾起氧离子 MAVEN

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人生的转折点

物理 2024年第9期53卷 600-604页

作者：冯世平北京师范大学物理学系北京100875

我的老师黄祖洽先生1924年10月2日出生于湖南省长沙市,今年10月2日是他的百年诞辰日。自从他2014年9月逝世后,他的音容笑貌时常在我的脑海中浮现。在他百年诞辰之际,也是在他离开我们10年之际,我撰写此文,郑重地表达对他深深的感激和永... 详细信息

我的老师黄祖洽先生1924年10月2日出生于湖南省长沙市,今年10月2日是他的百年诞辰日。自从他2014年9月逝世后,他的音容笑貌时常在我的脑海中浮现。在他百年诞辰之际,也是在他离开我们10年之际,我撰写此文,郑重地表达对他深深的感激和永远的怀念。

关键词：黄祖洽百年诞辰湖南省长沙市转折点

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聚焦能量传递的初中物理能量模块作业设计

物理教师 2024年第9期45卷 34-38页

作者：周洋平刘佳琪北京师范大学物理学系北京100875

能量观念是物理学科核心素养中的重要组分.作业作为课堂教学的延伸在促进学生能量观念的形成上有着至关重要的作用.本文在核心素养培育目标下,通过对比能量分析的两种常用视角的教育功能,强调在初中阶段能量模块的作业设计中应聚焦于能... 详细信息

能量观念是物理学科核心素养中的重要组分.作业作为课堂教学的延伸在促进学生能量观念的形成上有着至关重要的作用.本文在核心素养培育目标下,通过对比能量分析的两种常用视角的教育功能,强调在初中阶段能量模块的作业设计中应聚焦于能量传递,并据此呈现以能量传递模型为抓手的作业设计策略,为教师设计指向学生能量观念培养的初中物理作业提供参考.

关键词：能量传递初中物理能量观念作业设计