Noise Detection with Spectator Qubits and Quantum Feature Engineering

Designing optimal control pulses that drive a noisy qubit to a target state is a challenging and crucial task for quantum engineering. In a situation where the properties of the quantum noise affecting the system are dynamic, a periodic characterization procedure is essential to ensure the models are updated. As a result, the operation of the qubit is disrupted frequently. In this paper, we propose a protocol that addresses this challenge by making use of a spectator qubit to monitor the noise in real-time. We develop a quantum machine-learning-based quantum feature engineering approach for designing the protocol. The complexity of the protocol is front-loaded in a characterization phase, which allow real-time execution during the quantum computations. We present the results of numerical simulations that showcase the favorable performance of the protocol.Comment: The source code, datasets, and trained models that were used to generate the results in this paper are publicly available at https://github.com/akramyoussry/QFEN

Entwicklung und Analyse eines Zug-zentrischen Entfernungsmesssystems mittels Colored Petri Nets

Based on the technology trends, the train control system should weaken the proportion of ground facilities, and give trains more individual initiative than in the past. As a result, the safety and flexibility of the train control system can be further improved. In this thesis, an enhanced movement authority system is proposed, which combines advantages of the train-centric communication with current movement authority mechanisms. To obtain the necessary train distance interval data, the onboard equipment and a new train-to-train distance measurement system (TTDMS) are applied as normal and backup strategies, respectively. While different location technologies have been used to collect data for trains, the development and validation of new systems remain challenges. In this thesis, formal approaches are presented for developing and verifying TTDMS. To assist the system development, the Colored Petri nets (CPNs) are used to formalize and evaluate the system structure and its behavior. Based on the CPN model, the system structure is validated. Additionally, a procedure is proposed to generate a Code Architecture from the formal model. The system performance is assessed in detection range and accuracy. Therefore both mathematical simulation and practical measurements validation are implemented. The results indicate that the system is feasible to carry out distance measurements both in metropolitan and railway lines, and the formal approaches are reusable to develop and verify other systems. As the target object, TTDMS is based on a spread-spectrum technology to accomplish distance measurement. The measurement is carried out by applying Time of Arrival (TOA) to calculate the distance between two trains, and requires no synchronized time source of transmission. It can calculate the time difference by using the autocorrelation of Pseudo Random Noise (PRN) code. Different from existing systems in air and maritime transport, this system does not require any other localization unit, except for communication architecture. To guarantee a system can operate as designed, it needs to be validated before its application. Only when system behaviors have been validated other relative performances' evaluations make sense. Based on the unambiguous definition of formal methods, TTDMS can be described much clearer by using formal methods instead of executable codes.Basierend auf technologischen Trends sollte das Zugbeeinflussungssystem den Anteil der Bodenanlagen reduzieren und den Zügen mehr Eigeninitiative geben als in der Vergangenheit, da so die funktionale Sicherheit und die Flexibilität des Zugbeeinflussungssystems erhöht werden können. In dieser Arbeit wird ein verbessertes System vorgeschlagen, das die Vorteile der zugbezogenen Kommunikation mit den aktuellen Fahrbefehlsmechanismen kombiniert. Um die notwendigen Daten des Zugabstandsintervalls zu erhalten, werden die Bordausrüstung und ein neues Zug-zu-Zug-Entfernungsmesssystem (TTDMS) als normale bzw. Backup-Strategien angewendet. Während verschiedene Ortungstechnolgien zur Zugdatenerfassung genutzt wurden, bleibt die Entwicklung und Validierung neuer Systeme eine Herausforderung. In dieser Arbeit werden formale Ansätze zur Entwicklung und Verifikation von TTDMS vorgestellt. Zur Unterstützung der Systementwicklung werden CPNs zur Formalisierung und Bewertung der Systemstruktur und ihres Verhaltens eingesetzt. Basierend auf dem CPN-Modell wird die Systemstruktur validiert. Zusätzlich wird eine Methode vorgeschlagen, mit der eine Code-Architektur aus dem formalen Modell generiert werden kann. Die Systemleistung wird im Erfassungsbereich und in der Genauigkeit beurteilt. Daher werden sowohl eine mathematische Simulation als auch eine praktische Validierung der Messungen implementiert. Die Ergebnisse zeigen, dass das System in der Lage ist, Entfernungsmessungen in Metro- und Eisenbahnlinien durchzuführen. Zudem sind die formalen Ansätze bei der Entwicklung und Verifikation anderer Systeme wiederverwendbar. Die Abstandsmessung mit TTDMS basiert auf einem Frequenzspreizungsverfahren. Die Messung wird durchgeführt, indem die Ankunftszeit angewendet wird, um den Abstand zwischen zwei Zügen zu berechnen. Dieses Verfahren erfordert keine Synchronisierung der Zeitquellen der Übertragung. Der Zeitunterschied kann damit berechnet werden, indem die Autokorrelation des Pseudo-Random-Noise-Codes verwendet wird. Im Unterschied zu Systemen im Luft- und Seeverkehr benötigt dieses System keine andere Lokalisierungseinheit als die Kommunikationsarchitektur. Um zu gewährleisten, dass ein System wie vorgesehen funktioniert, muss es validiert werden. Nur wenn das Systemverhalten validiert wurde, sind Bewertungen anderer relativer Leistungen sinnvoll. Aufgrund ihrer eindeutigen Definition kann das TTDMS mit formalen Methoden klarer beschrieben werden als mit ausführbaren Codes

Some aspects of Chiral Perturbation Theory and Neutrino Physics

En la primera parte de la tesis hemos trabajado en la física de ChPT. Debido al hecho de que los quarks y los gluones están confinados en el interior de los hadrones, son los hadrones los grados de libertad asintóticos que se observan en la física macroscópica. Por lo tanto, los estados inicial y final en nuestros experimentos de bajas energías no van a ser quarks y gluones sino hadrones sin carga de color. Todavía no se sabe una transformacion del lagrangiano de QCD y sus pará- metros y las propiedades de los hadrones. Un método ampliamente utilizado de afrontar el problema ha sido a través de teorías efectivas. En el caso de QCD, se llama ChPT. Como ChPT es la teoría efectiva de QCD, su lagrangiano debe satisfacer las mismas simetrías. Es decir, invariancia bajo paridad, conjugación de carga, inversión temporal e invariancia bajo transformaciones, SU (3)L × SU (3)R . El lagrangiano de O(p6 ) para 2(3) sabores introduce 53(90) nuevos términos y 4(4) términos de contacto, que en comparación con los Lagrangianos de orden inferior es un gran número y los patrones muestran que al ir a órdenes superiores, este número aumentará aún más. Por completitud hemos mostrado los términos de lagrangiano O(p6 ) en el Apéndice. La cuestión es, ahora que uno tiene que lidiar con un número tan grande de términos, ¿se sabe con seguridad que no hay redundancia en la base del lagrangiano? El objetivo del primer trabajo es presentar un método para encontrar rela- ciones entre los operadores del lagrangiano mesónico de la Teoría de Perturbación Quiral de orden p6 . El procedimiento se puede utilizar para establecer si la base de los operadores en el Lagrangiano es mínima. Como ejemplo, aplicamos el método al caso de dos sabores en ausencia de fuentes escalares y pseudo-escalares (s = p = 0), y concluimos que el Lagrangiano mínimo contiene 27 operadores independientes. Resultados: Hemos concluido que la base original de 27 términos medibles más 2 términos de contacto, tiene 25 + 2 términos independientes En la segunda parte de la tesis hemos trabajado en la física de los neutrinos. Aunque el SM es muy exitoso, sabemos que no puede ser la descripción final de la naturaleza. A pesar de sus predicciones muy precisas, hay una serie de observaciones que no entran dentro del alcance de lo que el SM puede describir. El problema más abrumador del SM es el hecho de que no contiene gravedad. Otro tema que es más relevante para nuestro trabajo es que no hay masas de neutrinos en el modelo. Por otra parte, es necesario dar masas a los neutrinos para describir las oscilaciones. Hay dos maneras de dar masa a los neutrinos, dependiendo de si son partículas de Majorana o Dirac. Hemos hecho dos proyectos suponiendo que los neutrinos son majorana y el otro suponiendo que los neutrinos son partículas dirac Resultados: 1-Hemos propuesto y estudiado la hipótesis HSMR que es más general que la hipótesis HSMU. 2- La hipótesis de HSMR ofrece una explicación muy simple de los parámetros de la mezcla de neutrinos observada. Los actuales y futuros experimentos con neutrinos pueden fácilmente probar las predicciones de nuestro trabajo. Si nuestras predicciones son confirmadas por experimentos, como GERDA, sería un buen indicio de unificación de quark-lepton a gran escala

Métamorphose de maillage 3D

Cette thèse de doctorat aborde spécifiquement le problème de la métamorphose entre différents maillages 3D, qui peut assurer un niveau élevé de qualité pour la séquence de transition, qui devrait être aussi lisse et progressive que possible, cohérente par rapport à la géométrie et la topologie, et visuellement agréable. Les différentes étapes impliquées dans le processus de transformation sont développées dans cette thèse. Nos premières contributions concernent deux approches différentes des paramétrisations: un algorithme de mappage barycentrique basé sur la préservation des rapports de longueur et une technique de paramétrisation sphérique, exploitant la courbure Gaussien. L'évaluation expérimentale, effectuées sur des modèles 3D de formes variées, démontré une amélioration considérable en termes de distorsion maillage pour les deux méthodes. Afin d aligner les caractéristiques des deux modèles d'entrée, nous avons considéré une technique de déformation basée sur la fonction radial CTPS C2a approprié pour déformer le mappage dans le domaine paramétrique et maintenir un mappage valide a travers le processus de mouvement. La dernière contribution consiste d une une nouvelle méthode qui construit un pseudo metamaillage qui évite l'exécution et le suivi des intersections d arêtes comme rencontrées dans l'état-of-the-art. En outre, notre méthode permet de réduire de manière drastique le nombre de sommets normalement nécessaires dans une structure supermesh. Le cadre générale de métamorphose a été intégré dans une application prototype de morphing qui permet à l'utilisateur d'opérer de façon interactive avec des modèles 3D et de contrôler chaque étape du processusThis Ph.D. thesis specifically deals with the issue of metamorphosis of 3D objects represented as 3D triangular meshes. The objective is to elaborate a complete 3D mesh morphing methodology which ensures high quality transition sequences, smooth and gradual, consistent with respect to both geometry and topology, and visually pleasant. Our first contributions concern the two different approaches of parameterization: a new barycentric mapping algorithm based on the preservation of the mesh length ratios, and a spherical parameterization technique, exploiting a Gaussian curvature criterion. The experimental evaluation, carried out on 3D models of various shapes, demonstrated a considerably improvement in terms of mesh distortion for both methods. In order to align the features of the two input models, we have considered a warping technique based on the CTPS C2a radial basis function suitable to deform the models embeddings in the parametric domain maintaining a valid mapping through the entire movement process. We show how this technique has to be adapted in order to warp meshes specified in the parametric domains. A final contribution consists of a novel algorithm for constructing a pseudo-metamesh that avoids the complex process of edge intersections encountered in the state-of-the-art. The obtained mesh structure is characterized by a small number of vertices and it is able to approximate both the source and target shapes. The entire mesh morphing framework has been integrated in an interactive application that allows the user to control and visualize all the stages of the morphing processEVRY-INT (912282302) / SudocSudocFranceF