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高等教育領(lǐng)域數(shù)字化綜合服務(wù)平臺
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在量子物理與機器學(xué)習(xí)研究的進(jìn)展
生成模型的研究重點是如何從給定的數(shù)據(jù)集合中學(xué)習(xí)到數(shù)據(jù)的聯(lián)合概率分布，以及從學(xué)習(xí)到的概率分布中高效地生成新的樣本。研究團(tuán)隊提出將數(shù)據(jù)的聯(lián)合分布概率編碼成量子多體態(tài)的概率幅的模平方。進(jìn)一步地，他們提出在經(jīng)典計算機上使用矩陣乘積態(tài)(Matrix Product States)來模擬學(xué)習(xí)的過程。矩陣乘積態(tài)的參數(shù)，即張量網(wǎng)絡(luò)的張量元，可以通過類似密度矩陣重整化群(Density Matrix Renormalization Group)的算法進(jìn)行學(xué)習(xí)，最終形成一個具有泛化能力的生成模型。這個學(xué)習(xí)算法結(jié)合了量子物理與機器學(xué)習(xí)各自的優(yōu)點：它不僅可以利用GPU高效地學(xué)習(xí)到模型參數(shù)，還可以利用張量網(wǎng)絡(luò)的靈活性動態(tài)地調(diào)節(jié)模型表達(dá)能力。此外，與傳統(tǒng)的基于統(tǒng)計物理的生成模型（例如玻爾茲曼機）相比，玻恩學(xué)習(xí)機還具備直接生成無關(guān)聯(lián)樣本的強大能力，從而可以高效地生成新的數(shù)據(jù)。 基于量子態(tài)的概率生成模型融合了量子物理與機器學(xué)習(xí)的思想，是一個嶄新的研究領(lǐng)域。玻恩學(xué)習(xí)機借助量子態(tài)內(nèi)稟的概率解釋及其強大的表達(dá)能力，意在為機器學(xué)習(xí)和人工智能提供更為先進(jìn)的生成模型和學(xué)習(xí)算法。此外，這類模型在量子信息處理，量子計算以及多體物理中具有應(yīng)用潛力。展望將來，最令人興奮的前景應(yīng)該會是在一臺量子計算機上實現(xiàn)玻恩學(xué)習(xí)機，從而以全新的方法進(jìn)行概率型的學(xué)習(xí)和建模。這項工作用使用張量網(wǎng)絡(luò)模擬量子計算機的運行，向無監(jiān)督量子機器學(xué)習(xí)邁近了一步。作用在一幅MNIST圖片上的矩陣乘積態(tài)以及它的糾纏譜
北京大學(xué)
2021-04-11
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量子安全時間傳遞的原理性實驗驗證
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉及其同事彭承志、徐飛虎等利用“墨子號”量子科學(xué)實驗衛(wèi)星，在國際上首次實現(xiàn)量子安全時間傳遞的原理性實驗驗證，為未來構(gòu)建安全的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。該成果于2020年5月11日在線發(fā)表在國際學(xué)術(shù)知名期刊《自然·物理》上。
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
2021-01-12
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量子點熒光探針快速檢測生物活性分子
項目成果/簡介:完成人簡介：樊君，西北大學(xué)教授，西北大學(xué)化工學(xué)院副院長， 陜西省化工過程實驗教學(xué)示范中心主任，指導(dǎo)博、碩士生研究方向包括反應(yīng)工程、碳一化工、納米材料、分離工程、精細(xì)化工產(chǎn)品開發(fā)研究等。成果內(nèi)容：基于量子點的熒光探針分析對推動即時檢測（POCT）技術(shù)
西北大學(xué)
2021-01-12
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三維量子霍爾效應(yīng)獲得實驗驗證
盧海舟和謝心澄課題組在拓?fù)浒虢饘僦欣觅M米弧和“蟲洞隧穿”構(gòu)成的Weyl軌道，提出了一種新的三維量子霍爾效應(yīng)機制。拓?fù)浒虢饘偈峭負(fù)湮锵嗟男鲁蓡T，具有拓?fù)浔Ｗo(hù)的表面態(tài)，被稱作費米弧 (如圖4所示)。費米弧是拓?fù)浒虢饘偻負(fù)浔Ｗo(hù)的表面態(tài)的費米面。在拓?fù)鋀eyl半金屬中，有4個面可以有拓?fù)浔Ｗo(hù)的表面態(tài)。由于拓?fù)浼s束的原因，每個面的表面態(tài)只是半個二維電子氣。相對的上下表面的費米弧電子氣可以通過Weyl點連接起來，組成一個完整的二維電子氣，這是非常奇異的物相。 既然費米弧也是一種二維電子氣，它們是否可以有量子霍爾效應(yīng)？要研究這個問題，首先要明白什么是形成量子霍爾效應(yīng)的關(guān)鍵，那就是電子的回旋運動 (如圖3左圖所示)。電子回旋運動的量子力學(xué)描述等價于諧振子，因此會形成等間距的朗道能級。朗道能級在邊界發(fā)生能量畸變，才會有邊界態(tài)提供無耗散的電子輸運和量子霍爾化電導(dǎo)，即量子霍爾效應(yīng)。 目前，已經(jīng)有多個拓?fù)浒虢饘賹嶒炗^察到霍爾電阻的量子化平臺。這種新奇的三維量子霍爾效應(yīng)的研究才剛剛開始。直接觀測到如圖8所示的奇異邊界態(tài)分布將是未來的一個挑戰(zhàn)方向。
南方科技大學(xué)
2021-04-13
“趨近絕對零度的量子共振”
介紹了一個趨近絕對零度量子散射共振在化學(xué)反應(yīng)中發(fā)揮重要作用的例子。F+H 2
南方科技大學(xué)
2021-04-14
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量子照明雷達(dá)的高效MATLAB仿真技術(shù)
本成果通過可視化的工作界面，可以給出量子信號源的關(guān)鍵物理參數(shù)分析、量子態(tài)演化過程、多份量子態(tài)條件下量子照明雷達(dá)的虛警概率分析等多個方面的圖形化界面，具有較強的推廣應(yīng)用價值。
一、項目分類
關(guān)鍵核心技術(shù)突破
二、技術(shù)分析
量子照明雷達(dá)是新興的研究方向，是量子信息技術(shù)與雷達(dá)技術(shù)相結(jié)合的新興產(chǎn)物。而量子信息技術(shù)又是古老的量子力學(xué)與信息技術(shù)相結(jié)合的交叉學(xué)科，不少研究者因晦澀的量子力學(xué)而望而卻步。為了降低量子照明雷達(dá)的神秘感，打破抽象壁壘，我們創(chuàng)造性地發(fā)展了量子照明雷達(dá)的高效仿真技術(shù)，對于未來實現(xiàn)量子雷達(dá)的普及與推廣具有重要意義。
截止目前，尚未見到關(guān)于量子照明雷達(dá)仿真平臺的相關(guān)報道。而該成果基于MATLAB這一易于上手的計算機數(shù)值平臺，溝通了抽象的量子力學(xué)與具體的量子目標(biāo)探測之間的橋梁，具有創(chuàng)新性和國內(nèi)領(lǐng)先的技術(shù)先進(jìn)性。
經(jīng)過近五年的研究和近兩年教學(xué)實踐的檢驗，該成果不斷豐富和完善，通過可視化的工作界面，可以給出量子信號源的關(guān)鍵物理參數(shù)分析、量子態(tài)演化過程、多份量子態(tài)條件下量子照明雷達(dá)的虛警概率分析等多個方面的圖形化界面，具有較強的推廣應(yīng)用價值。鑒于量子雷達(dá)技術(shù)是未來新體制雷達(dá)的重要技術(shù)途徑之一，本成果將有望在空間、水下目標(biāo)探測方面取得應(yīng)用，市場應(yīng)前景廣闊。截止到目前，該成果已經(jīng)應(yīng)用于高年級本科生的培養(yǎng)與實訓(xùn)和北京某研究所的新體制目標(biāo)探測項目研發(fā)中。
北京理工大學(xué)
2022-08-17
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生物質(zhì)固廢生產(chǎn)肥料關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)
我國每年農(nóng)林固廢、城市廚余垃圾等生物質(zhì)固廢中近 60%被焚燒 或隨意處置，嚴(yán)重污染環(huán)境，也是造成霧霾的重要原因之一。南開大 學(xué)生物質(zhì)資源化工程中心多年來致力于以生物質(zhì)固廢為原料生產(chǎn)有 機肥系列技術(shù)的研究應(yīng)用，獲得了高效降解木質(zhì)纖維素、淀粉、蛋白 質(zhì)、油脂等的細(xì)菌、放線菌和真菌，構(gòu)建了微生物菌種庫和系列化菌 劑；開發(fā)了可在 5-15 天內(nèi)將生物質(zhì)固廢轉(zhuǎn)化為有機肥料和富含有益 微生物的生物有機肥生產(chǎn)工藝及系列化產(chǎn)品；自主設(shè)計研發(fā)了以布爾瑪金式攪拌裝置為基礎(chǔ)的微生物發(fā)酵裝置，開發(fā)了系列化的微生物好 氧/厭氧發(fā)酵裝置。 本項目已申請國家專利 50 項，其中授權(quán)發(fā)明專利 10 項、實用新 型專利 5 項；代表性 SCI 論文 5 篇，出版專譯著 7 部；本項目有關(guān)技 術(shù)已被深圳芭田公司、天津百利陽光公司應(yīng)用，近三年產(chǎn)生了顯著的 經(jīng)濟、社會和環(huán)境效益；本項目已獲得 2017 年中國產(chǎn)學(xué)研合作創(chuàng)新 成果一等獎。
南開大學(xué)
2021-04-11
生物質(zhì)固廢生產(chǎn)肥料關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)
我國每年農(nóng)林固廢、城市廚余垃圾等生物質(zhì)固廢中近 60%被焚燒或隨意處置，嚴(yán)重污染環(huán)境，也是造成霧霾的重要原因之一。南開大學(xué)生物質(zhì)資源化工程中心多年來致力于以生物質(zhì)固廢為原料生產(chǎn)有機肥系列技術(shù)的研究應(yīng)用，獲得了高效降解木質(zhì)纖維素、淀粉、蛋白質(zhì)、油脂等的細(xì)菌、放線菌和真菌，構(gòu)建了微生物菌種庫和系列化菌劑；開發(fā)了可在 5-15 天內(nèi)將生物質(zhì)固廢轉(zhuǎn)化為有機肥料和富含有益微生物的生物有機肥生產(chǎn)工藝及系列化產(chǎn)品；自主設(shè)計研發(fā)了以布爾 瑪金式攪拌裝置為基礎(chǔ)的微生物發(fā)酵裝置，開發(fā)了系列化的微生物好氧/厭氧發(fā)酵裝置。 本項目已申請國家專利 50 項，其中授權(quán)發(fā)明專利 10 項、實用新型專利 5 項；代表性 SCI 論文 5 篇，出版專譯著 7 部；本項目有關(guān)技術(shù)已被深圳芭田公司、天津百利陽光公司應(yīng)用，近三年產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟、社會和環(huán)境效益；本項目已獲得 2017 年中國產(chǎn)學(xué)研合作創(chuàng)新成果一等獎。
南開大學(xué)
2021-02-01
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有機固廢高效厭氧發(fā)酵與安全運行技術(shù)
項目背景及主要用途： 有機固體廢棄物主要包括城市生活垃圾、規(guī)模化養(yǎng)殖場畜禽糞便、秸稈、城 市污泥等。其產(chǎn)生量巨大，且有機質(zhì)含量高,若直接排放，將對環(huán)境造成嚴(yán)重污 染。對有機固體廢棄物的處理迫在眉睫。而厭氧發(fā)酵實現(xiàn)了有機固體廢棄物到清 潔能源的轉(zhuǎn)換,符合國家倡導(dǎo)的廢棄物減量化、資源化、無害化資源化處理的要 求，實現(xiàn)了環(huán)境與能源雙贏的局面。 技術(shù)原理與工藝流程簡介： 該技術(shù)采用混合物料厭氧發(fā)酵，對基質(zhì)性質(zhì)進(jìn)行調(diào)節(jié)，提高系統(tǒng)運行穩(wěn)定性 154天津大學(xué)科技成果選編 155 和效率，對有機固廢進(jìn)行無害化和資源化處理，建立實時監(jiān)測和預(yù)警系統(tǒng)，保障 工藝系統(tǒng)安全運行。 技術(shù)特點： （1）反應(yīng)裝置停留時間短 （2）沼氣產(chǎn)量高 （3）充分回收生物質(zhì)能 已有示范工程：市政污泥與餐廚垃圾發(fā)酵示范工程（深圳） 應(yīng)用領(lǐng)域： 該技術(shù)適用于污水處理廠剩余污泥、有機固體廢棄物、農(nóng)業(yè)廢棄物的處理。
天津大學(xué)
2021-04-11
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熱泵輔助的高固污泥厭氧消化技術(shù)
1 成果簡介利用水源熱泵實現(xiàn)污水廠出水中低品位熱能的回收， 并為污泥高溫或中溫厭氧消化供應(yīng)熱源。污水處理廠產(chǎn)生的污泥經(jīng)機械濃縮至含固率 12%以上，經(jīng)過 60℃水解后進(jìn)入?yún)捬醴磻?yīng)器進(jìn)行高溫厭氧消化，生成沼氣（見圖 1）。沼氣經(jīng)收集后用于烘干污泥。消化后的污泥通過機械脫水、干化等一系列過程后獲得干化污泥，可用作優(yōu)質(zhì)肥料原料或覆蓋土。該方法及系統(tǒng)可以顯著實現(xiàn)污泥的穩(wěn)定化和減量化，為污泥后續(xù)的減量化和資源化處置提供基礎(chǔ)，污水廠內(nèi)部水、熱、能的優(yōu)化配置，污水廠整體能耗降低 20%以上，而整體投資也比傳統(tǒng) 的污泥消化+干化節(jié)省 20%以上。 圖 1 工藝流程圖2 應(yīng)用說明工藝采用了污水源熱泵和高固污泥厭氧消化技術(shù)，涉及了清華大學(xué)的 5 項專利技術(shù)。傳統(tǒng)污泥消化（含固率 3-5%） +干化工藝相比，它的優(yōu)點是：消化污泥濃度高，反應(yīng)器體積可以縮短 40%以上；耗熱量減少 40%以上；有機物降解率較高；適合處理有機物含量較低的污泥；處理后污泥的衛(wèi)生條件好；操作簡便，易控制。研究是在 863 課題和科技支撐項目的資助下完成，歷史 6 年。目前在我國南方的污水廠已經(jīng)完成中試（ 圖 2）。中試系統(tǒng)實際運行取得的主要參數(shù)如下： 進(jìn)泥 VSS/SS=0.57，停留時間 28d，進(jìn)泥含固率 12%時，污泥的平均 VSS 去除率達(dá)到48.2%；若將所產(chǎn)沼氣用于污泥干化，可獲得含水率 55%的污泥。 圖 2 建成的中試系統(tǒng)3 應(yīng)用說明有機物含量 40%以上的污泥以及相似有機物料的厭氧消化。4 效益分析系統(tǒng)投資（熱泵+污泥消化+干化）大約為 18 萬元/噸污泥（ 80%含水率），運行費 110元/噸污泥（ 80%含水率）左右。5 合作方式技術(shù)轉(zhuǎn)讓或者聯(lián)合推廣。
清華大學(xué)
2021-04-13