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[硕士论文] 王康
物理学 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:空间的非对易性是当前理论物理研究的热点问题之一。已有的研究表明,非对易性会破坏洛伦兹不变性,因为在非对易空间中,电磁波沿着不同方向传播的速度不同,在特定的方向的传播速度会大于真空中的光速。从量子力学的角度看,已有的研究仅仅涉及到静止质量为零的粒子—光子,对于非对易空间中具有静止质量的粒子是否会破坏洛伦兹对称性尚未涉及,本论文在此方面做一些探索。
  判断洛伦兹不变性是否被破坏,可以通过考查粒子的运动速度是否超过真空中的光速。在本论文中,我们以相对论性Dirac方程和Duffin-Kemmer-Petiau(DKP)方程为出发点,分别研究具有静止质量自旋为1/2,0和1的带电粒子与磁场耦合时波包在普通空间和非对易空间中的运动速度问题。我们首先分别在普通空间和非对易空间中精确求解了由Dirac方程和DKP方程描述的自旋为1/2和0,1的带电粒子与磁场的相互作用模型。在此基础上,我们研究了粒子波包在空间中的运动速度。我们的研究表明,对于普通空间中的粒子,相对论性粒子的波包运动速度都不可能超过真空中的光速,该结论的正确性与粒子的自旋和磁场的强度无关。但是在非对易空间中,当磁场足够强时,粒子的波包在非对易空间中运动的速度可以超过光速。这意味着,对于具有静止质量的相对论性粒子,空间的非对易性也会破坏洛伦兹不变性。
  因此,我们的研究不仅丰富了对空间非对易性破坏洛伦兹不变性的研究,也为类似的的研究提供了可借鉴的方法。
[硕士论文] 李玉书
固体力学 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:基于有限元法,提出了一种新的非迭代反演算法,用于识别多维稳态热传导问题中的边界条件和边界几何形状。
  边界温度反演过程分为两步。第一步,根据真实的边界条件计算热传导正问题,得到测点温度。第二步,通过最小二乘法最小化测点温度的精确值和估计值,建立包含未知边界温度的目标方程组,求解该方程组得到反演结果。当未知的边界条件为热流时,在反演得到相应边界上的温度后,通过将整体平衡方程进行矩阵变换,得到包含未知热流的目标方程组,该方程组的求解结果即为边界上热流的反演结果。
  边界几何形状反演过程分为三步。第一步,根据真实的边界几何形状计算正问题,获得测点温度。第二步,在真实域中引入一个虚边界,虚边界与真实域中已知的边界形状组成虚域。在虚域中,通过最小二乘法最小化测点温度的精确值和估计值,获得包含虚边界温度的目标方程组,求解得到虚边界的温度。第三步,计算热传导正问题获得虚域的温度,在虚域中搜索与待识别边界上温度相同的等温线(二维)或等温面(三维),搜索出来的几何形状即为反演结果。
  在边界条件和边界几何形状识别过程中,没有迭代计算,因此也避免了几何形状识别问题中的网格重构问题。与迭代算法相比,本反演方法具有反演过程简洁、计算效率高的优势。本算法结合奇异值分解法和吉洪诺夫正则化方法处理反演过程中出现的不适定问题。通过奇异值分解法将病态矩阵进行分解,达到矩阵求逆等目的。吉洪诺夫正则化方法能够很好的求解病态方程组,在保证求解结果具有较高精度的同时,还能保证反演结果的稳定性,确保算法具有一定的抗噪能力。
  算例验证了该反演算法的精度性和稳定性。其中,在二维边界条件和边界几何形状识别算例中,分别考虑了测量误差、测点数量、测点位置对反演结果的影响。另外,对于边界几何形状识别问题,又分析了虚边界对反演结果的影响。在三维边界条件和边界几何形状识别算例中,分别考虑了测量误差对反演结果的影响。反演结果表明,在不同的因素影响下,本反演算法都具有较高的精确度和稳定性。
[硕士论文] 张冰冰
物理学 山西师范大学 2017(学位年度)
摘要:随着科技进步,量子信息学在各分支都有了很好的发展,但是各个分支的前身也都是量子信息学。而这些分支领域中最突出的研究主要还是对量子纠缠的研究。纠缠作为量子信息所独特拥有的资源,在新兴又引人关注的量子信息学中起到不可估量的作用。而量子纠缠的应用,如量子稠密编码、量子隐形传态等方面的研究已经不仅在物理领域有了很好的发展,甚至在医疗、军事等领域得到很好的利用。因此人们在近几年中一直热衷于对于量子纠缠应用的研究。在量子信息时代初期,量子纠缠一直被认为是和量子关联等价的。它被人们认为是量子计算比经典计算更具有优越性的唯一因素。然而量子失协的提出,让人们认识到还有比量子纠缠更能反映系统量子性质的关联。从此以后量子失协的研究便成为一个热门主题。在研究者们对量子信息处理的过程中,往往设定量子系统处于封闭的状态,忽略了环境与系统的相互作用,即产生退相干效应。考虑研究结果的准确性以及为了减弱退相干对系统的影响,对退相干的研究显得极为迫切。
  基于以上原因,本文主要研究了单轴扭曲模型中內禀退相干对量子失协及量子稠密编码的影响。第一章简单回顾了量子信息的产生和发展,说明了本文的主要研究内容和章节安排。第二章介绍了量子关联中量子纠缠的定义、度量方法以及应用,在应用中主要介绍了量子稠密编码的相关理论,还给出了用量子失协表征量子关联性的一般方法。第三章讨论了考虑內禀退相干作用,单轴扭曲模型中量子失协的特性。运用控制变量法,分别研究了在不同初态下,自旋压缩参数、外磁场强度对系统量子失协(QD)特性的影响。研究结果表明:随着时间的增大,QD有明显的减小,即內禀退相干作用减弱系统的关联;QD在时间趋于无穷大或者达到一定的值时,将会到达稳定的值(SQD),即內禀退相干并不能永远减弱量子失协。此外,QD和SQD的值还受到初态的纯度、自旋压缩参数、外磁场强度的影响。具体的,为了提高稳定的量子失协,可以通过增加初态的纯度来削弱退相干作用对系统的影响。第四章讨论了在单轴扭曲模型中,考虑退相干作用,体系量子稠密编码的实现。研究了在不同初态下(贝尔态和Werner态),各个参数(退相干因子、初态的纯度、自旋压缩参量以及外磁场强度)对量子稠密编码信道容量?的影响。结果显示:随着时间的增加,?从最大值开始迅速减小,之后经历一个振荡的过程,并且振荡逐渐减弱(振荡的振幅逐渐减小),最后当时间增加到一定的值后,量子稠密编码信道容量?逐渐趋于稳定的值,即內禀退相干只在有限的时间内对体系的量子稠密编码信道容量有减弱的影响,并且对系统稠密编码的影响力度逐渐减小,直至完全不影响信道容量。此外,通过调节各个参数(增大自旋压缩参数?,或者减小外磁场强度?和內禀退相干率?)可以得到有效的、甚至是最优的稠密编码,如在贝尔态下,调节参数,在适当的范围内,使自旋压缩参数?相对于外磁场强度?足够大,就有可能使??2,即获得最优的稠密编码。值得注意的是,贝尔态下可以实现有效的甚至是最优的稠密编码,但是Werner态对于实现有效的稠密编码并不是完全可行的。
[博士论文] 刘飞虎
理论物理 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:量子纠缠的神秘之处在于,当对量子系统的某一个局部进行测量时,它可以立刻影响到很远处的另一个量子测量。这种现象的的本质是来源于量子态的非局域性。当今量子信息传输的基础理论就是建立在这种非局域性之上。如何去度量与理解量子纠缠是一个长期而且很吸引人的研究方向。从贝尔不等式开始,现在关于量子纠缠的数学理论以及物理实验都已经发展了很多。要真正的理解量子纠缠,人们不得不回答下面的问题:1)如何判断是否纠缠;2)如何利用纠缠;3)如何量化纠缠。本文的重点是研究纠缠熵,而纠缠熵是量化纠缠的一个非常重要的物理量。
  量子纠缠熵作为一个非常基础的物理量,人们还利用用它来研究其他一些重要问题,比如黑洞熵,低温量子多体系统的临界现象,全息原理等等。在某种程度上量子纠缠熵将凝聚态物理、量子信息理论以及高能物理联系在一起。从一方面,纠缠熵可以作为一维量子系统相变的序参量,比如一维的伊辛模型,在临界点附近纠缠熵是发散的。从另一方面它也可以被看成高亏格黎曼曲面上的共形场论,而对这类问题的研究最多的还是出现在微扰弦论中,人们试图像微扰量子场论中一样,计算弦论中的多圈散射振幅,也就是高亏格黎曼曲面上的关联函数。尽管高亏格g>2的计算目前仍然是一个非常困难的问题,但是幸运的是我们面对的是一类非常特殊的黎曼曲面,弦论中发展出来的一些工具已经足够。最后值得一提的是,纠缠熵与AdS/CFT猜想也有很重要的联系,人们甚至已经发现,二维量子系统中的量子纠缠熵可以是三维引力理论中的测地线长度。除了物理上的应用以外,在数学上,黎曼曲面上的共形场论与模形式也有很多有趣的联系,比如月光理论(moonshine module)。
  本文主要研究的对象是二维的紧致的自由复标量场。最重要的工作分成三部分:
  (1)第一部分研究的是这样一类物理问题:考虑一个紧致的自由复标量场定义在一个无限大的一维空间,这时如果存在一个子系统A,它可以是有一个或者多个间隔构成,那么能否找到子系统与其补集之间的纠缠熵?对这类问题最早的研究只考虑了于子系统只含有一个间隔的情况。对于这种情况计算相对比较简单,人们只需要引入一类特殊的twist顶点算子,然后计算它们的两点关联函数就可以了。而且如果只有一个间隔的话,纠缠熵没有来至瞬子的贡献。后来人们又讨论了子系统中有两个间隔的情况,事实证明这是一个非常不一样的问题。首先在共形场论中四点关联函数无法通过共形对称性完全确定,这就注定了它的计算要比两点关联函数复杂的多。另外,两个间隔的存在使得世界面流型具有了非平庸的拓扑结构,因此还必须引入了瞬子的贡献才能得到正确的结果,这一点在早期的工作中甚至曾经被忽视但后来又被更正了。本文作者希望将这一结果推广到子系统包含到任意多的情况,但是之前的方法并不有效,主要的原因是出在经典部分的计算引入了冗余的经典解,由于这类问题本质上是在计算CP1的覆盖曲面上的共形场论,因此本文利用代数曲线的一些工具,提出了一种更直接的办法来找到所有相互独立的经典解,并得到了包含任意间隔情况的纠缠熵。
  (2)第二部分研究的物理问题是:同样是一个紧致的复标量场,但是定义在一个有限的圆上,考虑一个子系统A包含两个间隔,本文计算了其在有限温度下的n=2的R  (3)第三部分的研究是为了将第二部分的研究进一步推广,计算在有限温度下,有限系统内,任意多间隔的纠缠熵。与第一部分研究不一样的地方在于,这类问题对应的黎曼曲面是环面的覆盖曲面,如之前CP1的覆盖曲面不同,我们很难用代数曲线来描述这类曲面。因此为了找到所有的满足运动方程的解,本文提出了新的方法,给出了这类曲面的第一同调群以及第一上同调群的正则基失,利用他们能够找到所有相互独立的运动方程的解,从而提出一个比较有效的方法来得到最一般的情况下的配分函数。
[硕士论文] 鲁建平
动力工程及工程热物理 青岛科技大学 2017(学位年度)
摘要:在工业生产中,搅拌混合的流体常常涉及到与牛顿流体不同的性质(如剪切稀化、弹性效应、剪切增稠等)的非牛顿流体,对于具有屈服应力的假塑性流体的搅拌混合,在低雷诺数搅拌时会在搅拌桨附近区域内存在强烈的混合区,外部的流体则处于停滞或缓慢的流动的状态,此时混合效率很低,有时候即使流动处于湍流状态时,混合效率依然不高。因此,本文基于错位六弯叶涡轮搅拌桨,通过对搅拌槽内假塑性流体处于过渡流以及湍流状态下的流动建立适合的湍流粘度模型进行数值模拟,对搅拌槽内假塑性流体的宏观流场特征和混沌混合特性进行研究,以指导怎样提高假塑性流体的混合效率。
  在黄原胶水溶液的流变实验测试中,处于过渡流以及湍流状态下表观粘度与切应变速率的关系符合power law流变模型;进行粒子图像测速仪(PIV)实验得到的数据与基于分离涡模型和该湍流粘度模型模拟的结果相吻合。流场数值模拟结果表明,分离涡模拟可以很好的捕捉搅拌槽内槽内流体流动的湍流脉动特性,不同转速下,搅拌槽纵截面流场的左右涡心不对称,涡心和涡形随着时间变化,整个流场处于混乱的状态,呈现出非周期性,表明搅拌槽内隔离区已经不存在了。数值模拟中采集速度时间序列,对黄原胶水溶液搅拌流场定性和定量的混沌特性研究结果表明,搅拌槽内流体的宏观不稳定性(MI)频率、最大Lyapunov指数(LLE)以及Kolmogorov熵(K熵)与搅拌的转速有关,而流体的物性参数(流变性)对它们影响较小;提高搅拌转速可使槽内流体MI频率的强度明显增大,对应的无因次频率减小,MI现象减弱,在转速为225rpm时,流体的MI频率消失,频谱图中出现了谱带现象,这必然导致流体混沌混合特性得到增强;监测点位置的LLE以及K熵有所差异;随着转速的增加,搅拌槽内流体的LLE以及K熵都呈现出增加的趋势,在转速为200rpm左右时,流场的LLE(0.5347)以及K熵(0.8343)都达到最大值,搅拌流场的混沌程度达到最大值,转速再增加,流场的混沌混合强度减弱。
[硕士论文] 姜亚慧
动力工程及工程热物理 青岛科技大学 2017(学位年度)
摘要:将相变材料作为太阳房南墙的蓄热层是相变储能房间的主要方式,改善相变材料的热物性,研究相变储能房间的热特性,如何在保证人们舒适度的同时,能够合理、有效的利用能源,将建筑物能耗降到最低是目前建筑节能领域面临的重要问题。
  本文选用石蜡类相变材料作为建筑墙体的蓄热材料,并将低熔点的液体石蜡和高熔点的固体石蜡按一定比例混合,利用差示扫描量热仪对混合石蜡相变材料的相变潜热、相变温度及其稳定性进行了实验研究。结果表明:当两种石蜡为7:13、3:7等比例时,其相变温度处于19~29℃之间,此时该混合石蜡的相变潜热为60kJ/kg~70kJ/kg,可作为置于墙体中的蓄热材料。利用KD2 Pro热特性分析仪对石蜡混合相变材料的导热系数进行了实验研究,结果表明:混合相变材料的导热系数较低,且其随着液蜡含量的增大而逐渐减小。
  针对相变材料蓄热熔化时存在的泄漏问题,采用热熔法将高密度聚乙烯(HDPE)与石蜡混合物按一定的比例混合,并利用3D激光显微镜观察样品,表明配比为1:4的定型相变材料的微观结构更平均、紧密,更好的容纳石蜡。利用差示扫描量热仪和KD2 Pro热特性分析仪对定型相变材料的相变潜热、相变温度、均匀性、稳定性及其导热系数进行了实验研究。结果表明:加入聚乙烯对混合石蜡的相变温度几乎没有影响,相变潜热仅下降了约8%,且导热系数降低幅度也较小,其稳定性及均匀性较好,但聚乙烯/石蜡定型相变材料作为墙体中的蓄热材料存在导热系数小、易燃的缺点。
  为了改善蓄热材料的导热性能,本文以泡沫铝作为多孔基质,填充熔点接近适宜温度的混合石蜡,制备泡沫铝/石蜡复合相变材料(英文,简称FAPC相变材料),并采用实验研究与理论分析相结合的方法研究了FAPC相变材料蓄热性能。结果表明:以泡沫铝作为基体的复合相变材料的相变潜热只下降了2%,但其导热性能有大幅提高,比聚乙烯/石蜡定型相变材料的导热系数提高了近10倍,强化传热效果显著。
  将FAPC相变材料置入墙体结构中,采用实验的方法探究复合相变墙体的蓄放热特性,以及相变墙体对通道和房间的温度的影响,以检验FAPC相变材料的实用性。结果表明,当墙体内加入复合相变材料后,所在房间内的温度变化幅度减小,温度出现延迟现象,对太阳能通道的温度分布也有影响。
  采用FULENT模拟软件,抽象出二维全尺寸模型,对加入石蜡定型相变材料及石蜡/泡沫铝复合相变材料墙体的温度场进行数值模拟。结果表明,在太阳房的南墙墙体中置入熔点接近适宜温度的相变蓄热材料,可以在较长的时间内保持室内温度的稳定。在蓄热阶段,FAPC相变墙体的融化速度远大于石蜡定型相变墙体的融化速度,且温度在Trombe墙结构内沿高度方向逐渐上升;在放热阶段,石蜡定型相变材料的液化率与均高于其他两组,导热系数越小,房间温度下降越明显,提高材料的导热性能有利于墙体保温。
  将试验结果与数值计算结果进行比较,结果表明:南墙墙体中添加泡沫铝复合相变材料,由于相变过程在模拟中的延迟时间比实验的时间要长,并且在实验条件下不能彻底做到绝热,使得实验和模拟结果存在一定偏差,实验值较低,但最大不超过18%,在一定的误差范围内,满足实际要求。因此,在墙体内添加一定的泡沫铝能明显改善墙体的传热性能,可以在较长的时间内保持室内温度的稳定,最终实现建筑节能。
[硕士论文] 刘永阳
物理学 曲阜师范大学 2017(学位年度)
摘要:在统计物理学中,多体系统的热力学性质一直是人们研究的重要问题。在这个领域中的一个重要内容是能量均分定理:在热力学平衡条件下,每一个非耦合自由度的平方项平均有1/2k BT的能量。近年来耦合系统的热学性质是一个重要的研究方向。通过正则变换对耦合系统中的耦合自由度去耦合,就可以利用广义能量均分定理求得弹簧的平均热能,并得出热能空间分布。但是,影响热能空间分布的因素目前还没有认识清楚,因此研究了一些二维三角晶格的热能空间分布,并探讨了边界条件、自由度数与弹簧个数、近邻弹簧个数和模型几何结构对热能空间分布的影响。
  本研究主要内容包括:⑴研究了不同边界条件下两条链的三角链模型的热能空间分布,探讨了边界条件、弹簧个数与自由度数和模型几何结构对热能空间分布的影响。在有边界墙条件下,模型的弹簧个数不是远大于自由度数,仅在系统较小时边界墙对热能空间分布的影响比较大。当系统比较大时,其热能空间分布始终是均匀的,边界墙对热能空间分布的影响可以被忽略了。在自由边界条件下,模型的弹簧个数少于自由度数,其热能空间分布总是均匀的,且与系统大小无关。不同边界条件下三角链模型的热能空间分布始终是均匀的,不受模型几何结构的影响。因此,对于这种耦合作用较少的模型,热能空间分布不受几何结构的影响。⑵对于复杂二维三角晶格(弹簧个数远大于自由度数)----三条链和八条链二维三角晶格,研究了边界条件、近邻弹簧个数和模型的几何结构对热能空间分布的影响。我们发现,只有当弹簧个数远大于自由度数的模型,才可能有不均匀的热能空间分布,其热能空间分布受到近邻弹簧个数、模型几何结构的影响。也就是模型的耦合作用较多时,将会导致不均匀的热能空间分布。近邻较少的弹簧平均热能较高,因此近邻弹簧个数会影响热能空间分布。为了探讨不对称模型的热能空间分布,八条链二维三角晶格的第四条链和第五条链有较少的弹簧,发现模型的不对称改变了这些弹簧的热能空间分布。这说明模型的几何结构越不对称,空间分布越不均匀。热能空间分布会受到模型几何结构的影响,这可以应用在对蛋白质热学性质的研究领域中。
[硕士论文] 张凯
动力工程 中北大学 2017(学位年度)
摘要:耗散粒子动力学(DPD)方法是一种无网格粒子类数值模拟方法,能够有效的模拟介观尺度下的流体流动现象。与分子动力学(MD)相比,DPD是一种粗粒化的方法,由于一个DPD粒子中包含多个原子或分子,因而其计算效率更高,能在更大的时空尺度范围内对流体进行模拟。传统的DPD方法在模拟时,粒子在碰撞后系统的能量不守恒,因而只能对等温体系进行模拟,后来通过引入粒子的内能,实现了粒子间能量的传递,从而解决了这个问题。能量守恒的耗散粒子动力学简称为eDPD。
  论文的主要工作如下:
  本文采用能量守恒的耗散粒子动力学方法对poiseuille流动以及二维方腔内的导热问题进行模拟,实现对运动粘度以及热扩散系数的设定,验证了算法的准确性,证明其具有较高的精度。通过新建立的eDPD模型对肋片中的导热问题进行了模拟,得出了在三类不同的边界条件下肋片内的温度分布。
  接着通过引入布辛涅斯克假设来计算粒子受到的浮升力作用,对方腔及同心圆环中的自然对流问题进行了模拟,将结果与FV方法得到的结果进行对比,发现两者吻合的很好,证明eDPD算法可以正确地模拟不同几何模型中的自然对流问题且具有很高的精度。同时,本文还模拟了回形方腔内的自然对流问题,分析了瑞利数及内部方腔的位置对回形方腔内对流换热的影响。
  本文还研究了剪切力和浮升力共同驱动的混合对流问题,用eDPD方法模拟了带有移动驱动壁面和不同温度壁面的方腔内的流动与传热问题,发现eDPD方法能够准确的捕捉混合对流的流动细节,可以体现出不同大小和强度的环流圈区域。本文还研究了理查森数及低温壁面的位置对换热的影响,通过模拟可以看出理查森数及低温壁面的位置对方腔内的流动与换热具有比较大的影响。
[硕士论文] 杨小波
理论物理 兰州理工大学 2017(学位年度)
摘要:量子力学是20世纪除相对论之外的另一个革命性理论,基于量子力学,人们发现了许多不同寻常的现象,尤其是1935年,Einstein,Podolsky和Rosen发现的量子纠缠现象是量子力学中最奇异的非经典性质之一。之后,关于量子纠缠的研究诞生了像Bell不等式、波姆理论、Aspect实验等许多关键性成果,然而关于纠缠态的明确定义直到1989年才由Werner给出。近20多年来,随着量子信息论的快速发展,人们越来越认识到量子纠缠作为量子信息基础资源的重要性,不仅如此,量子纠缠在生物学、其它物理现象、多体量子系统模拟中也都有一定应用,与此同时,量子通信与量子计算作为量子信息论的两个方面也在不断地取得突破,因此对于量子纠缠的判定与量化是目前的基础性问题。然而,尽管在这20多年来,人们做了大量的努力,依然没有完全理解量子纠缠。
  本文主要研究离散变量系统的量子纠缠的判定与度量,主要内容与所得成果如下:1.详细总结了主要的可分性判据,对每个判据做了一个简短的证明并说明了与其它判据之间的关系。
  2.首先,基于加强型重排密度矩阵与迹范数得到了两体及多体可分的加强型重排判据;其次,研究了这个新判据与其它判据的关系,得出了PPT判据、重排判据和最优化的基于局域正交观测量(LOOs)的线性纠缠目击者都是它的特例;然后,分别以两体和多体实例说明了加强型重排判据能够探测束缚纠缠(BE)态、真正的多体纠缠以及具有可分的约化密度矩阵的纠缠态,并且能够识别最大纠缠态;最后,将加强型重排判据应用于纠缠度量上,得到了一个新的负度,这个负度不仅优于原有的负度而且满足对于所有可分态等于0、凸性、局域酉不变性等基本性质。
[硕士论文] 徐莹
理论物理 兰州理工大学 2017(学位年度)
摘要:神经系统是由神经元组成的,神经元之间通过各种耦合方式来实现信号传递。由于靶波和螺旋波可以像“节拍器”一样,调节神经系统电活动的集体行为,因此斑图动力学理论能够预测网络群体振荡行为的稳定性。当正常信号传播受到干扰或出现非自发的神经疾病时,网络中呈现混沌状态。本文基于Hindmarsh-Rose神经元网络模型构造了最近邻连接下的规则神经元网络,通过利用自适应控制、调节系统参数、改变边界条件以及实验条件等方法实现对神经元网络稳定性控制。针对该课题做了以下研究:
  1.通过三种不同的方法产生靶波,研究靶波在易激发介质中出现的潜在机制。并加入与结构有关的人工缺陷观察对靶波的影响。证实了缺陷对靶波的影响取决于靶波的内禀属性(产生靶波的方式)。
  2.神经系统缺陷可以发射连续波或脉冲,扰乱正常神经系统的信号传播。通过对外部激励产生波及其传播过程的研究,分析缺陷的形成机制。发现在外部激励下可以产生缺陷,且外部激励产生的波与缺陷诱发的波可以共存。
  3.网络边界上的结点选取随机初始值,通过观察神经元网络各结点膜电位的空间分布,来研究初始值对神经元放电模式的影响。发现适当的耦合强度下,网络中可以观察到螺旋波。
  4.研究规则神经元网络中同时施加局部周期激励和噪声时的动力学行为。发现螺旋波和平面波可以共存于神经元网络中,即使施加的噪声和外界周期激励位置不同,二维规则神经元网络中仍会出现随机共振行为。
  5.对网络少数结点的输出信号进行动态实时检测,利用非线性分析方法诊断网络细微涨落引发的相变行为,以及通过各个采样检测点的关联度,确定故障和崩溃的位置和范围。把该方法扩展到多体系统安全性检测和诊断,为消除故障、减少事故损害提供依据。
[硕士论文] 张学富
数学 贵州师范大学 2017(学位年度)
摘要:精确的势能函数能够完全描述分子的几何特性,通过对分子势能函数解析可以准确得到分子的力常数及光谱常数。随着科学技术的发展,分子光谱在众多热门领域得到了广泛运用,这也对高温光谱的研究提出了更高的要求。基于此,本文运用从头算方法研究了分子的势能函数和分子光谱。
  第一,CO分子基态性质研究。使用MRCI/aug-cc-pCVQZ对CO分子基态的势能和偶极矩进行计算,通过求解 Schr?dinger方程找到了CO分子基态J=0的70个振动态,并计算了每个态的振动能级、转动常数及离心畸变常数,发现其结果与实验值符合较好,进一步导出的光谱常数也与实验值吻合。在计算了CO分子配分函数的基础上,计算了CO分子基态在T=296K下的1-0带的线强度,发现与HITRAN数据库符合较好,在此基础上,首次给出了 CO分子基态3-2、4-2带的线强度和带强度。
  第二,OH?离子基态性质研究。采用MRCI+Q/(O=aug-cc-PV5Z,H=cc-PV5Z)对OH?离子基态进行了势能和偶极矩扫描,将计算得到的势能带入Schr?dinger方程得到了9个振动态,对于各个态,分别计算了振动能级、分子常数及离心畸变常数。在此基础上,进一步计算了OH?离子的转动能级及1-0带跃迁波数,同时导出了该离子的光谱常数,发现与实验值符合较好。
  第三,CO2分子基态性质研究。采用多种方法对CO2分子进行优化,发现当采用 casscf/(O=aug-cc-pVTZ,H=cc-PVQZ)方法时,优化得到的几何结构较好,得到CO2分子的谐振频率、平衡核间距及零点振动能与实验值较为吻合。在此基础上,用casscf/(O=aug-cc-pVTZ,H=cc-pVQZ)对 CO2分子计算了其轨道能量,发现计算结果与文献值符合较好,进一步的对CO2分子势能进行扫描,并对其部分势能进行了拟合。
  第四,CO分子、CO2分子高温光谱的理论计算。对于CO、CO2分子,在计算了分子配分函数的基础上,利用线强度公式计算中温、高温时CO分子1-0带、CO2分子01101-0001带的线强度,结果表明,计算得到的线强度与HITRAN数据库的结果符合较好。在此基础上,进一步计算了CO、CO2温度在4000K、5000K的线强度。
[博士论文] 刘林
光学 湖南师范大学 2017(学位年度)
摘要:在量子信息中,量子态是其基本的载体,因此单量子态的相干控制,是进行量子信息处理和实现量子计算所必需的条件。在众多的物理实现系统中,腔QED系统是实现各种量子态的最佳候选体系之一。
  传统的腔QED研究中,光子被限制在一个定域模上,虽然可以加强光与原子的耦合,但不易于空间拓展,无法形成与远程系统的耦合。兼顾腔QED强耦合的优点,波导量子电动力学(波导QED)可以把光子从特定方向导引到给定的目标,是实现量子网络和分布式量子计算的理想系统。利用波导QED系统可扩展性的优点进行单光子相干操纵研究,可用于量子网络的构造。量子网络由量子信道和量子节点构成,在芯片上,量子信道由波导实现,量子节点是放置了量子比特的两个或更多个波导的交汇点。
  在量子节点上,量子比特也可以替换为具有特定功能的量子发射器,可以用来转换、处理和存储量子信息。在波导构成的量子信道中,光子作为飞行量子比特,在波导中传输。量子路由器(Quantum Router),具有与经典路由器相似的功能,使单个光子携带的量子信息从一个量子信道转移到空间位置不同的另一个量子通道,在整个网络中分发纠缠,实现量子路由的功能。单光子量子路由器的研究对实现全光量子网络至关重要。
  最近,半无限长耦合腔波导的端点和无限长耦合腔波导的某个腔通过原子耦合实现单光子路由器的工作引起人们的极大关注。但研究人员发现从无限长波导入射时最大转移几率只有0.5。为了提高单光子从无限长波导转移到半无限长波导的几率,我们尝试改变波导结构和原子能级,在仅考虑波导之间能带交叠的情况下,期望实现量子信息从无限长波导完全转移到有限长波导。
  本论文是基于我们课题组的前期研究工作基础,通过耦合腔波导系统与单原子的耦合实现单光子量子路由,期待能为未来量子信息技术的发展奠定一定的理论基础。文中我们主要研究了半无限长耦合腔波导的第N个腔和无限长耦合腔波导的第零个腔通过原子相干耦合的T凸型的波导阵列模型,并且实现了单光子量子路由的功能。全文的结构如下:
  第一章,我们介绍了单光子量子器件及其相干操控的研究进展。
  第二章,从量子光学的光场量子化入手,阐述了Fabry-Pérot腔及其电磁场量子化、腔QED、波导QED以及耦合腔波导系统。
  第三章,当考虑原子为二能级时,单光子从无限长波导(半无限长波导)入射,我们发现光子和原子跃迁的频率大失谐时光子几乎全部透射,两者频率共振且两个波导与原子的耦合强度相等时最大转移几率为0.5(1)。当N增加时,几种不同频率的入射光子均可以几乎全部透射。当N取特定值的时候(sin(kN)=0),二能级系统和半无限长波导的耦合被抑制。
  第四章,进一步考虑原子为阶梯型三能级时,c模光子被囚禁在原子处,我们发现光从无限长(半无限长)波导入射时,原子基态到第一激发态的能级跃迁与两个波导的耦合强度相等时,再调整原子第一激发态到第二激发态的跃迁与c模光子的耦合强度gc,转移几率才能达到最大值0.5(1)。当gc等于零时,退化到二能级的情况。
  最后一章中我们对全文进行了总结,并对未来的工作提出了一些展望。
[硕士论文] 侯铁军
理论物理 北京交通大学 2017(学位年度)
摘要:本学位论文以非厄密单轴扭曲模型(One-axis Twisting,OAT)为研究对象,系统研究了非厄密单轴扭曲模型的量子Fisher信息和自旋压缩,此外,我们还考虑了外场波动所致的相位退相干对量子Fisher信息和自旋压缩的影响。
  首先,我们回顾本论文所涉及的基础知识,包括纠缠和纠缠态,自旋压缩态,特别介绍了实现自旋压缩态的两种主要方法,及单轴扭曲模型和双轴反向扭曲模型。
  其次,第三章介绍了非厄密系统的特性,稳态的特点,重点介绍了非厄密单轴扭曲模型的自旋压缩,非厄密双轴反向扭曲模型的纠缠特性以及平均量子Fisher信息。非厄密系统所能达到的最优自旋压缩要优于厄密系统。非厄密OAT模型稳态的自旋压缩能够接近厄密TACT模型的压缩极限4/N,非厄密TACT模型能够达到接近Heisenberg极限的自旋压缩。
  做为本论文的重点内容,第四章对非厄密单轴扭曲模型的量子Fisher信息和自旋压缩进行了详细的分析。研究结果显示非厄密模型在多体系统中能够实现明显的纠缠,这是与厄密系统不同的特性。在自旋压缩方面,非厄密模型能够实现比厄密系统更明显的自旋压缩,非厄密OAT模型能够实现的最优自旋压缩为ξ2≈3/N,这一数值明显好于厄密OAT模型的最优自旋压缩值,也好于厄密TACT模型的最优自旋压缩值。此外,我们研究了外场波动所致的相位退相干对量子Fisher信息和自旋压缩的影响,计算了其在多大程度上减弱非厄密单轴扭曲模型的量子Fisher信息和自旋压缩。
[硕士论文] 白婷
粒子物理与原子核物理 山西大学 2017(学位年度)
摘要:在粒子物理与原子核物理研究领域,高能核碰撞是一个特别重要的研究课题,该课题主要研究碰撞过程中物质的演化过程及粒子产生的机制。物理学家预言,在碰撞初期会产生一种高温高密的新物态—夸克胶子等离子体(QGP)。高能核碰撞实验可以提供足够高的能量密度将核子融化,随着入射能量的不断提高,极大地增加了形成QGP的可能性。由于QGP仅存在于碰撞初期极短的一段时间,无法对其进行直接观测,可以通过碰撞所产生的末态粒子的研究间接获取到QGP的相变信号。实验上,科学家们建造了多种加速器用于该研究。其中,著名的是欧洲核子中心(CERN)的大型强子对撞机(LHC)和美国布鲁克海文国家实验室(BNL)的相对论重离子对撞机(RHIC)。随着高能和超高能核碰撞实验的进行,关于不同物理量的实验结果越来越多,人们通过理论模型分析这些数据来获得碰撞系统中物质演化的信息。末态产物是一个多粒子系统,用统计的方法可以更直观的抽取出系统演化、粒子生成等相关信息。本文我们就应用改进后的多源热模型来研究LHC能区的末态粒子分布。
  本文包含两部分工作:第一,应用多源热模型分析质心能量为7TeV p?p碰撞和5.02TeV p?Pb碰撞中双强子的方位角关联。模型结果与实验数据基本相符,得到了发射源在动量空间的扩张和平移程度。研究表明,发射源的扩张和平移是导致末态强子的方位角关联各向异性的原因。第二,在多源热模型框架下,结合碰撞图像和Tsallis统计方法,分析了质心能量为7TeV、8TeV、13TeV p?p碰撞和5TeV p?Pb碰撞中J/?介子以及质心能量为8TeV p?p碰撞中?介子的横动量谱。为了检验模型的有效性,我们选取了不同能量、不同类型的碰撞系统和不同粒子进行了对比研究。模型可以很好地描述这些系统中的末态粒子的横动量谱。研究表明:发射源的温度T随着快度区间的增大而减小;反应系统的非平衡度q没有显著的变化。
[硕士论文] 安志云
凝聚态物理 山西大学 2017(学位年度)
摘要:量子行走作为经典随机行走在量子理论中的推广,不仅是设计高效量子算法的理论基础,而且是模拟各种量子现象的一个广阔平台。本文就分离时间量子行走的操控,以及无序效应对量子行走传输和纠缠特性的影响进行研究,期待为复杂物理系统的动力学模拟提供理论依据。
  本文首先在经典随机行走的基础上分别给出分离时间量子行走和连续时间量子行走两种形式的基本理论形式,简单介绍在不同量子系统中实现量子行走的基本原理,并以一维无限长格点线上的分离时间量子行走在硬币空间的退相干为例,说明量子行走和经典随机行走本质的区别在于量子相干性。
  接着详细研究相位修正的分离时间量子行走,即量子行走在每一步演化过程中获得一个与位置线性相关的相位。这一修正使得量子行走表现出量子共振和动力学局域化特征,由此可以实现量子态的操控。当相位是2?有理分数倍时,恢复定理表明相位修正的量子行走经过一个准周期恢复到初始位置的几率的衰减量由硬币算符对角矩阵元的大小对恢复周期的幂次方决定。通过计算量子行走演化一个周期后的态矢量与初始态矢量之间的范数,把这一恢复定理的证明过程推广到包含硬币算符行列式为1和-1的两种情况;当相位是2?无理分数倍时,或者可以通过连续分数展开的方法作有理数近似,或者粒子会以一定的几率动力学局域化于初始位置。
  最后,分别在一维无限长(开边界)和有限长(反射边界)格点线上的分离时间量子行走中,通过静态和动态两种方式随机地断开连接边引入无序效应,研究了静态逾渗和动态逾渗对量子行走传输特性以及位置自由度和硬币自由度之间纠缠的影响。在无限长格点线上,静态逾渗会使得量子行走从弹道传输转变为安德森局域化,同时使得纠缠减小,并随着时间作无规律振荡;而动态逾渗则会使量子行走转变为经典随机行走,且纠缠随着时间光滑增加,渐进地趋于最大纠缠。对于反射边界的量子行走,若初态为局域态,同样只有动态逾渗能够增强纠缠,而静态无序则不会使纠缠增强。但当初态为非局域态时,由于没有逾渗时的纠缠值大幅减小,致使静态逾渗和动态逾渗都能够增强纠缠。
[硕士论文] 左胜
电子与通信工程 西安电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:随着科学技术的发展与社会的进步,与电磁相关的问题变得越来越复杂,电磁仿真目标呈现电大尺寸、结构复杂、高集成度和系统化等特点,传统的电磁计算手段往往会面临计算资源不足或耗时过长等问题。近年来,高性能计算技术已逐渐应用于电磁计算领域,并已成功解决一批挑战性问题,但相比其他领域,高性能电磁计算在理论体系、应用范围等方面尚显不成熟,仍有许多值得研究的地方。
  本研究在实际工程应用需求的推动下,主要针对矩量法与有限元方法的并行计算技术进行了研究,以期利用当前分布式集群的计算能力和存储能力,提高矩量法和有限元方法的电磁仿真计算能力和效率。针对当前计算机异构发展的趋势,研究了矩量法的可扩展异构并行计算。利用GPU( Graphic Processing Unit)通用编程标准CUDA( Compute Unified Device Architecture)中提供的CONTEXT技术、MIC(Many Integrated Core)中环境变量的概念,提出了一种适用于CPU(Central Processing Unit)/GPU与CPU/MIC两种平台的通用异构并行编程模型,满足了异构并行矩量法可跨节点对静态负载均衡的要求。数值结果表明,基于该并行编程模型设计的异构并行矩量法程序,可获得理想的加速倍数并具有良好的可扩展性。实际工程应用中,已知电磁流分布采用积分方程计算近场或远场是十分常见的场景,当近场点或远场点数目非常庞大时,这一过程是非常耗时的。对采用并行多层快速多极子加速这一过程进行了研究,总结出了较为详细的并行多层快速多极子加速场计算的理论和并行策略。通过数值算例,与传统的积分方程计算方式进行对比,验证了并行多层快速多极子的加速效果。引入一种目前在国内较为新颖的有限元网格截断技术—有限元迭代积分方程法,该方法在减少有限元吸收边界区域未知量的同时,又能保持有限元矩阵的稀疏性和带状性。采用有限元方法计算复杂、电大尺寸问题时,其存储需求极高,计算耗时极长,对其进行了MPI(Message Passing Interface)+OpenMP(Open Multi-Processing)的并行化实现。最终,采用1152 CPU核实现了目前商业软件ANSYS HFSS难以高效解决的64单元大型基站天线及其馈电网络一体化仿真分析。
[硕士论文] 王伟臣
理论物理 湖南师范大学 2017(学位年度)
摘要:近年来,量子系统的量子相干性与非厄米系统中的量子性质研究,受到人们广泛的关注。量子相干性来源于量子态的迭加,反映了量子态展示量子相干效应的能力,是量子信息资源中最基本、最核心的量子信息资源,在量子信息学、量子计量学、纳米热力学与量子生物学等众多新兴学科领域中发挥着关键作用。在量子相干性的研究中,最关键、最重要的问题是量子相干性的量度。尽管目前人们在量子相干性量度研究中取得了重要进展,提出了许多量子相干性的量度,但几乎所有的量子相干性量度都是基矢相关的。这与物理系统的物理性质不应随着坐标或基矢的改变而发生改变的物理实际不相符合;另一方面,非厄米PT-对称量子系统的提出为研究具有耗散的开放量子系统提供了有力的工具,也极大地拓展了量子力学的研究内容。尽管目前人们对非厄米系统的量子特性进行了广泛的研究,但PT-对称系统的量子相干性的研究还很少涉及。本文运用量子相干性理论与非厄米系统的量子理论,研究基矢无关的量子相干性量度与PT-对称系统的量子相干性,取得了一些有创新意义的结果。主要研究内容与创新点如下:
  第一章,主要介绍了相干性的基本理论。从一般的电磁场相干性出发,讨论了历史上对经典电磁场和量子场相干函数的定义。接着对时下处于量子信息前沿的资源理论框架下量子相干性的研究进行了详细的介绍和分析。
  第二章,主要介绍了量子系统的基本理论。分别讨论了封闭量子系统和开放量子系统的定义。并且从非厄米量子力学的角度给出了一种量子开放系统的有效描述,然后详细给出了求解开放量子系统的主方程方法。最后介绍了PT-对称量子系统的一些性质。
  第三章,讨论了依赖于基矢的量子相干性量度的缺陷。接着,通过重新定义最大经典混合态为完全相干态,使得在有限维数的Hilbert空间得到了唯一精确的零相干态。最后,通过利用相对熵的性质提出了能反映量子态自身固有量子相干性的量子相干性量度——基矢无关的固有相干性量度。这种新的量度方式满足所有资源框架下量化量子相干性的条件。并且揭示了量子相干性是量子态有序程度这一物理本质,同时极大的简化了量子相干性的计算复杂性。
  第四章,研究了量子开放系统中PT-对称量子效应对量子相干性的影响。主要结论是:即使PT-对称二能级系统的初态为完全非相干态时,系统的量子相干性也能随着时间演化而产生。虽然二能级系统与耗散环境相互作用,但是量子相干性能得到很好的保护,并且能长时间得到保持,同时还发现随着外加非厄米场的驱动强度Ω的增大,二能级系统最终能获得更强的量子相干性。所以PT-对称二能级系统能作为保存量子相干性的优秀候选系统。
  第五章对全文做了总结与展望。
[硕士论文] 乔红玉
理论物理 辽宁师范大学 2017(学位年度)
摘要:近些年来,基于微分几何理论的反馈线性化方法在混沌控制与同步的领域受到了越来越多的关注,尽管单输入单输出(SISO)情形下对于各种同步类型的应用已经显示了方法的一般性,但是,由于对于输入输出的不同选择,系统的相对阶常常小于系统的维数,有时需要动态扩充相对阶,否则,不能实现全状态的反馈线性化。多输入多输出(MIMO)的情形则可以给出更多的选择,显示了更灵活的应用性。本文便是在MIMO的情形下研究了一类同结构混沌系统间的混合同步问题。
  本文首先对于微分几何理论中的数学基础知识做了简介,包括向量场的概念、Lie导数以及Lie括号的运算规则和性质;另外,对于全状态反馈线性化问题的可解充要条件和MIMO系统全状态反馈线性化的基本概念和相关理论做了较为详细的归纳。在第二章中介绍了近年来与本研究课题相关典型文献的最新成果,如用Lyapunov稳定性理论和极点配置技术方法研究系统的反全状态混合投影同步、应用微分几何方法实现系统的控制和同步问题。在第三章中,详细叙述了基于微分几何方法在MIMO的情形下分别对于同结构的Lu系统、Lorenz系统和Chen系统的混合同步控制的理论推演过程。首先,将由两个混沌系统得到的误差动力学系统整理成仿射型MIMO非线性系统的形式,通过对于该系统非线性特征的分析来选择适当的输入位置和输出函数;其次,在检验了相应分布的对合性之后,对于误差动力学系统进行了非线性坐标变换,并且确保相应的Jacobi矩阵的非奇异性,最后,将设计出的反馈线性化的控制器与外环控制相结合实现两个混沌系统的混合同步。通过Matlab进行的仿真模拟,证明了该方法的有效性。
[博士论文] 董少钧
物理学 中国科学技术大学 2017(学位年度)
摘要:量子强关联多体系统带来了一些在物理学中最令人兴奋的开放性问题。例如普遍认为Hubbard模型在高温超导中占有重要的角色;最近拓扑序,拓扑相吸引了广泛的兴趣。该领域的快速发展伴随着对相互作用的量子多体系统的理论认识的加深。
  一个用来描述量子多体系统的最新方法,就是张量网络态的方法。该方法通过抓住问题的关键,系统的基态空间只是由一些弱纠缠态组成的空间,于是把一个指数增长的问题变成一个多项式增长的问题,从而使得模拟大规模的量子系统成为可能。
  在本篇论文中,我们发展张量网络算法,并且利用张量网络算法研究了带阻挫隧穿作用的玻色Hubbard模型,主要完成了以下三方面的工作:
  1.完成了一个完整的张量网络函数库,大大简化了张量网络算法的编程难度。
  张量网络算法依赖大量的高维张量的运算,包括缩并,角标重排,张量变形,SVD分解等。不幸的是,目前用于科学计算的最流行的计算机语言(如Fortran和C/C++)都没有张量算法的标准库,因此编写张量网络算法的程序非常繁琐。我们开发了一个Fortran2003软件包,其中包含了面向张量网络算法的各种基本张量操作,适用于不同形式的张量网络算法。该软件包具有良好的用户友好性和灵活性,大大简化了张量网络算法的程序编写。我们基于该张量函数库开发了若干张量网络算法的程序。
  2.把玻色子的PEPS张量网络推广到费米子系统,使得PEPS可以直接应用于费米系统。
  费米子量子多体问题是凝聚态物理的核心问题。在没有完全可解的模型的情况下,精确的数值模拟对于理解强关联系统的性质是至关重要的。量子蒙特卡罗方法在模拟玻色系统方面非常强大,但当应用到费米子系统或者阻挫模型的时,它们会遇到所谓的“符号问题”而失效。张量网络方法,如PEPS,原则上是可以用来处理费米系统。我们发展了一个将玻色张量网络推广到费米张量网络的简便方法。
  3.利用张量网络算法,研究了具有阻挫跃迂项的玻色Hubbard模型,发现了新的超固相。
  利用张量网络方法,我们研究了二维正方形晶格中具有阻挫效应的次近邻跃迁项的Bose-Hubbard模型的基态,并给出相应的相图。在硬核极限下,次近邻跃迁项稳定了一种特殊的半超固相(half supersolid)(HSS)。该超固项包含两个子格子,其中一个子格子是超级流体,另一个Mott-Insulator。在软核的情况下,当粒子填充数大于半满时,该模型呈现了丰富的相图,包含三种不同类型的超固相。我们的研究提供了稳定超固态的一种新机制。
[硕士论文] 吉睿
理论物理 山西大学 2017(学位年度)
摘要:量子电动力学主要研究电磁波与物质之间的相互作用,而腔量子电动力学则主要研究的是原子与量子化腔场之间的相互作用,在理论和实验方面已经得到深入研究。这方面比较有代表性的是对Jaynes-Cummings模型和Dicke模型的研究。虽然利用自旋相干态变分法研究标准Dicke模型的基态特性已经实现,但是当用此方法处理考虑原子-原子相互作用的拓展Dicke模型时,自旋相干态变分法研究基态特性失效,我们借助迭代法去处理原子-原子相互作用强度项,这是本篇论文的主要创新点。
  在本篇论文中,我们主要利用自旋相干态变换和基态变分法从理论上研究光腔中冷原子系统的基态特性。我的主要工作是研究含有长程原子-原子相互作用的拓展Dicke模型的基态相变问题,须注意的是:我们只考虑原子间的两体相互作用势。就其方法而言,我们将光场相干态作用于系统哈密顿量取平均场近似,然后再用幺正算符作用于赝自旋哈密顿量且将其投影到自身表象,最终将哈密顿量参数化并得到基态能量的表达式。在正常相区域,我们可以很容易得到系统平均能量、平均原子布居数分布和平均光子数随原子-场耦合强度变化的解析表达式;但是在超辐射相区域,由于考虑原子-原子相互作用,我们需要通过迭代的方法得到原子布居数分布等相关物理量随原子-场集体耦合强度变化的曲线关系。最后,利用基态能量变分法和导数连续性可以确定原子-原子相互作用影响下Dicke模型的量子相变为一阶相变。
  本论文的内容主要分为以下四个方面:
  第一章介绍微腔与原子相互作用的背景知识;
  第二章介绍自旋相干态的定义和物理性质,并基于自旋相干态方法给出自旋-玻色模型的计算;
  第三章从理论上介绍了用自旋相干态变分法来研究原子-原子相互作用影响下Dicke模型的量子相变,我们用变分法对系统的基态能量求导可判断其稳定性,通过一阶、二阶导数的连续性确定其为一级相变,最后基于迭代的方法画出了相关线图和相图;
  第四章是对本篇论文的总结和工作展望。
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