Searching for Frontiers in Contemporary Eddy Current Model Based Hysteresis Loss Modelling of Superconductors

Alternating current (AC) or magnetic field leads to heat generation in otherwise lossless superconducting materials. Such heat generation is called AC loss. AC loss of special type that occurs in the superconducting material itself, and not in the normal-conducting parts of the superconducting wire is called hysteresis loss. Hysteresis loss is a restricting factor for the feasibility of many superconducting applications, and hence, having reliable and efficient models for predicting hysteresis losses in devices is crucial for the design process. In this thesis, we first introduce the readers to the mathematical structures that are essential for simulating AC losses. The level of abstraction deviates from what is typical in this field, but it allows us to present the models and formulations we use in a structured manner and naturally program simulation tools, which are independent of the dimension of the modelling domain. We also discuss the background of the research by presenting important aspects of our research philosophy and the framework inside which the research in this field is conducted. Then, we briefly present two formulations implemented in our AC loss simulation tool, the so called H-formulation and the so called T-Phi-Psi-formulation, and compare their properties through simulations. The latter of the formulations exploits the topology of the modelling domain to reduce the number of required equations, and it is superior to the former in terms of running times of the simulations. Furthermore, we discuss the properties of two widely used models, the critical state model and the eddy current model, through particular case studies of superconductors under direct current bias and an alternating magnetic field. Neither one of the models is fully able to reflect the intrinsic properties of high-temperature superconductors. Finally, the possibilities of our simulation tool are investigated: we study the potential of the tool in question to yield predictions of multifilamentary twisted superconductors with partially coupled filaments in external magnetic field in two dimensions. We present a simple algorithm for this, and the obtained simulation results show good agreement with results of three-dimensional simulations

Efficient parallelization of quantum basis state shift

Basis state shift is central to many quantum algorithms, most notably the quantum walk. Efficient implementations are of major importance for achieving a quantum speedup for computational applications. We optimize the state shift algorithm by incorporating the shift in different directions in parallel. This provides a significant reduction in the depth of the quantum circuit in comparison to the currently known methods, giving a linear scaling in the number of gates versus working qubits in contrast to the quadratic scaling of the state-of-the-art method based on the quantum Fourier transform. For a one-dimensional array of size $2^n$ for $n > 4$, we derive the total number of $15n + 74$ two-qubit $CX$ gates in the parallel circuit, using a total of $2n-2$ qubits including an ancilla register for the decomposition of multi-controlled gates. We focus on the one-dimensional and periodic shift, but note that the method can be extended to more complex cases

Modeling non-planar coils in a full-scale stellarator

Design and modeling of a stellarator fusion reactor is a multidisciplinary effort that requires a tight integration between simulation of highly nonlinear multi-physics and representation of non-planar complex geometries. The critical current calculation and the design of the mechanical structures are among the most crucial aspects as they set size, cost, and time to build the stellarator. Because of the asymmetric and non-planar nature of its components the modeling of such figures of merit needs to be carried out at large scale, without the possibility of taking advantage of any particular symmetry. In this work we develop a three-dimensional model for the analysis of the magnetic field and forces, necessary for such considerations, for complex coil geometries, such as stellarators, where a two-dimensional approach can not provide accurate analyses and verification of assumptions. Moreover, this method can quickly generate a large amount of critical modeling data (e.g. Lorentz load, displacement and stresses) that could be integrated into a workflow for coil design optimization based on machine learning or other recent optimization tools.Comment: Presented at EUCAS 2023, Bologna, Italy. Minor revisio

Team Finland -kasvuohjelmien arviointi

Tämän arvioinnin tavoitteena on tuottaa tietoa Team Finland -kasvuohjelmatoiminnan kehittämisen tueksi. Arviointi kohdistuu toimintamalliin kokonaisuutena, ei yksittäisiin ohjelmiin. Arvioinnin aineistona ovat yrityksille suunnattu sähköinen kysely (n=287), kasvuohjelmia koskevat dokumentit sekä viranomais- ja sidosryhmähaastattelut ja yrityshaastattelut. Arvioinnin johtopäätöksenä on, että kasvuohjelmat ovat toimiva ja tervetullut työkalu pk-yritysten kansainvälistymisen edistämiseen. Ohjelmien pitkän aikavälin vaikutusten arviointi on vielä liian varhaista, mutta osa lyhyemmän aikavälin tuloksista on lupaavia ja yritysten palaute ohjelmista on pääosin positiivista. Kasvuohjelmien onnistumisessa on kuitenkin suuria ohjelmakohtaisia eroja ja ohjelmien toteutukseen kohdistuu myös paljon kritiikkiä. Arviointi suosittelee kasvuohjelmatoiminnan jatkamista nykyisen rahoituskauden jälkeen arvioinnissa esitetyt kehitystarpeet huomioiden. Keskeisimpiä kehityskohteita ovat rahoitus- ja ohjausmallin uudistaminen, resurssien käytön tehostaminen ja yhteistyön lisääminen muiden ohjelmien välillä sekä eri palveluntarjoajien kanssa. Liite 1. Kuvaukset neljästä kasvuohjelmasta Liite 2. Lista haastatteluista asiantuntijoista Liite 3. Yhteenveto ohjelmista Liite 4. Impact of Team Finland Growth Program

Startup-yritysten kasvun ajurit ja pullonkaulat

Uusien ja kasvuhakuisten yritysten (tässä ”startup-yritysten”) merkitys elinkeinoelämän uudistumiselle on keskeinen. Tämän hankkeen päätavoitteena on ollut selvittää, miten julkista politiikkaa tulisi kehittää, jotta se edistäisi mahdollisimman hyvin startup-yritysten kasvua. Tässä raportissa tarkastellaan kansallista startup-yrityksiä, yrittäjyyttä ja startup-yritysten toimintaympäristöä useasta eri näkökulmasta. Raportissa on luotu tilannekuvaa startup-yritysten nykytilasta ja niiden merkityksestä elinkeinoelämälle, vertailtu kansallista startup-yritysten toimintaympäristöä kansainvälisiin verrokkimaihin sekä analysoitu startup-ekosysteemien ja startup-yrityspalvelujen nykytilaa. Tehty selvitys tukee näkemystä siitä, että kansallinen startup-toimintaympäristö on kehittynyt paljon viimeisen kymmenen vuoden aikana. Tästä huolimatta olemme kuitenkin kansainvälisestä kehityksestä jäljessä. Startup-toimintaympäristön kehittäminen edellyttää julkiselta sektorilta entistä vahvempaa ja fokusoidumpaa startup-yrityspolitiikkaa. Kansainvälisten esimerkkien viitoittamana peräänkuulutamme erityisesti poikkihallinnollista startup-politiikkaa. Näkemyksemme mukaan Suomi tarvitsee poikkihallinnollisen startup-strategian, joka on laadittu eri start-up –kentän toimijoiden ja hallinnonalojen tiiviillä yhteistyöll