智能計算成像研究進(jìn)展

智能計算成像研究進(jìn)展

中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所信息光學(xué)與光電技術(shù)實驗室與德國斯圖加特大學(xué)應(yīng)用光學(xué)研究所、美國麻省理工學(xué)院合作，提出并實驗驗證了一種基于物理模型和深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的新型計算成像方法，無需大量帶標(biāo)簽的數(shù)據(jù)來完成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，從而促進(jìn)人工智能在計算成像中的應(yīng)用。研究論文發(fā)表于Light： Science & Applications。研究人員利用物理模型替代訓(xùn)練數(shù)據(jù)來驅(qū)動網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的優(yōu)化。以相位成像來驗證了該方法的有效性，通過不斷迭代使神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出結(jié)果經(jīng)衍射傳播和測量過程（物理模型）后計算得到的衍射強(qiáng)度圖逐漸逼近實際測量的衍射強(qiáng)度圖，隨著迭代的進(jìn)行，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出結(jié)果也逐漸逼近實際待求相位物體。

高階拓?fù)浣^緣體理論研究進(jìn)展

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家研究中心-國際量子功能材料設(shè)計中心與物理系喬振華教授課題組與美國德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校牛謙教授合作，在理論預(yù)言低維體系高階拓?fù)浣^緣體方面取得新進(jìn)展。相關(guān)成果發(fā)表于Physical Review Letters。論文提出一種新的方案來實現(xiàn)從一階到二階拓?fù)浣^緣體的操控，即通過在二維一階拓?fù)浣^緣體上誘導(dǎo)出面內(nèi)磁矩來實現(xiàn)二維二階拓?fù)浣^緣體。一階拓?fù)浣^緣體受時間反演對稱性保護(hù)；然而，面內(nèi)磁矩的出現(xiàn)破壞了該對稱性，使得拓?fù)浣^緣體變的拓?fù)淦接埂Ｍ瑫r，導(dǎo)電的邊界態(tài)也由于對稱性被破壞而變得絕緣不再導(dǎo)電，并且在兩個絕緣的邊界交界處，出現(xiàn)了零能電子態(tài)。

晶體手性判定新方法

上?？萍即髮W(xué)物質(zhì)學(xué)院馬延航課題組與合作人員提出了一種使用電子顯微鏡確認(rèn)晶體手性的新方法。研究論文發(fā)表于Nature Communications。手性在自然界中非常常見。兩個化學(xué)組分完全相同的手性異構(gòu)體，其性質(zhì)卻可能完全不同。一個典例就是手性沙利度胺（Thalidomide），一種對映體是有效的鎮(zhèn)靜劑，而另一種則可能導(dǎo)致胎兒畸形。該方法基于球差校正掃描透射電子顯微鏡原子分辨成像，通過拍攝單顆手性晶體沿不同帶軸的高分辨圖像，結(jié)合結(jié)構(gòu)模型和圖像模擬，成功實現(xiàn)了在原子尺度上直接確認(rèn)晶體的左右手性。該方法對于手性材料的手性判定有著重要意義。

太赫茲實時雙光梳光譜檢測研究進(jìn)展

中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所曹俊誠、黎華研究員領(lǐng)銜的太赫茲（THz）光子學(xué)團(tuán)隊與華東師范大學(xué)曾和平教授合作，在太赫茲雙光梳光譜檢測領(lǐng)域取得進(jìn)展。研究論文發(fā)表于ACS Photonics。研究團(tuán)隊利用THz QCL光頻梳本身作為高速探測器，率先實現(xiàn)了緊湊型實時THz雙光梳光譜檢測系統(tǒng)。由于THz QCL是基于子帶間電子躍遷的半導(dǎo)體器件，其載流子弛豫時間在皮秒兩級，所以THz QCL在作為輻射源的同時也是一個天然的THz高速探測器。基于此原理，研究團(tuán)隊克服傳統(tǒng)雙光梳系統(tǒng)需要外置高速探測器的限制，成功實現(xiàn)了基于自探測的THz實時雙光梳系統(tǒng)。

在能量景觀上構(gòu)建“路徑圖”的計算方法

北京大學(xué)北京國際數(shù)學(xué)研究中心張磊副教授與數(shù)學(xué)科學(xué)學(xué)院張平文院士、博士生殷鑒遠(yuǎn)等人合作，提出了在能量景觀上構(gòu)建“路徑圖”的計算方法，可以尋找系統(tǒng)的多個極小和過渡態(tài)，并揭示不同鞍點解之間的連接關(guān)系。研究論文發(fā)表于Physical Review Letters。尋找能量景觀的全局極小和如何找到不同極小之間的關(guān)系始終是數(shù)學(xué)和物理領(lǐng)域中長期存在的兩個關(guān)鍵問題。論文提出的算法克服了傳統(tǒng)算法中選取合適初值的困難，可以更加有效地計算能量景觀的多個極小。同時，能量景觀上的“路徑圖”不但展示了不同解之間的連接關(guān)系，而且通過計算得到的動力學(xué)路徑揭示了隱藏的物理過程。

受限在方形區(qū)域中向列型液晶的路徑圖（圖片來源于北京大學(xué)數(shù)學(xué)科學(xué)學(xué)院網(wǎng)站）

利用PVDF線圈實現(xiàn)充液管道泄漏定位

中國科學(xué)院聲學(xué)所噪聲與振動重點實驗室高艷研究員等提出應(yīng)用PVDF線圈進(jìn)行管道泄漏定位的方案，它具有易安裝、低成本、靈敏度可調(diào)的優(yōu)勢，為塑料水管泄漏檢測與定位提供了新的傳感器設(shè)計方案。研究論文發(fā)表于Sensors。塑料管被廣泛應(yīng)用于城市地下管網(wǎng)。由于水資源短缺和管道老化加劇的現(xiàn)狀，管道泄漏檢測維修技術(shù)成為保障管網(wǎng)安全運(yùn)行的關(guān)鍵，這對管網(wǎng)實時監(jiān)測設(shè)備中泄漏噪聲傳感器的靈敏度與性價比提出了更高的要求。該線圈傳感器測試信號在低頻域（1kHz內(nèi)）具有良好的相關(guān)性和相位線性關(guān)系，并與水聽器測試結(jié)果基本一致。分析線圈傳感器與水聽器結(jié)果的相位譜得到的漏點定位誤差在2%以內(nèi)。

關(guān)于具有社團(tuán)劃分功能的網(wǎng)絡(luò)模型研究

南京大學(xué)新聞傳播學(xué)院計算傳播學(xué)實驗中心助理研究員尚可可等與合作者在關(guān)于具有社團(tuán)劃分功能的網(wǎng)絡(luò)模型研究方面取得進(jìn)展。研究論文發(fā)表于應(yīng)用數(shù)學(xué)與統(tǒng)計物理交叉性著名期刊Chaos。文章提出的進(jìn)化規(guī)則在創(chuàng)建模仿病毒遺傳結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)方面取得突破，特別是模仿COVID-19病毒基因演化網(wǎng)絡(luò)的已知公共數(shù)據(jù)。該模型的原理源自實際生活，即新團(tuán)體的崛起會打破已有的資源分配格局，從而產(chǎn)生“新貴”，論文的初衷是對傳播結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)、社交網(wǎng)和經(jīng)濟(jì)網(wǎng)絡(luò)的社團(tuán)演化提供一個適配模型。然而，研究團(tuán)隊意外發(fā)現(xiàn)該模型還能夠較好適配新冠狀病毒基因的演化網(wǎng)絡(luò)。

精確估計光度函數(shù)方法

中國科學(xué)院云南天文臺博士袁尊理、研究員王建成與英國牛津大學(xué)教授Matt Jarvis合作，基于現(xiàn)代統(tǒng)計學(xué)中的核密度估計原理，提出了一種精確估計光度函數(shù)的普適方法，它對于統(tǒng)計研究星系、活動星系核、伽馬暴等河外天體的演化性質(zhì)有重要價值。研究論文發(fā)表于The Astrophysical Journal Supplement Series。光度函數(shù)是一個非?；镜慕y(tǒng)計量，它反映宇宙中某類天體的數(shù)密度隨紅移和光度（或星等）的變化情況。研究團(tuán)隊利用蒙特卡洛模擬，發(fā)現(xiàn)新方法的估計精度要比經(jīng)典的binning方法高出近一個數(shù)量級，穩(wěn)定性好，同時，新方法兼有參數(shù)方法和非參數(shù)方法的優(yōu)點。