Квантовые компьютеры
4 поста
4 поста
3 поста
Автор: Денис Аветисян
Новая модель GFLAN позволяет создавать реалистичные и функциональные планы помещений, используя возможности генеративных нейронных сетей.
На основе заданных внешних границ и положения входной двери, система GFLAN автоматически генерирует функциональную планировку помещения, удовлетворяющую требованиям по смежности помещений, площади и соблюдению заданных границ.
GFLAN - двухэтапная генеративная модель для создания планов помещений, оптимизированная для пространственного мышления и гибкости архитектурного дизайна.
Автоматизированное проектирование планировок зданий исторически представляет собой сложную задачу, объединяющую комбинаторный поиск, геометрические ограничения и функциональные требования. В данной работе представлена модель GFLAN: Generative Functional Layouts, новый генеративный подход, который разделяет процесс синтеза планировки на два этапа: предварительное планирование топологии и последующая геометрическая реализация. Модель GFLAN предсказывает центры помещений, а затем регрессирует точные границы, обеспечивая повышение архитектурного качества и гибкости проектирования. Сможет ли данный подход открыть новые возможности для автоматизации и оптимизации процесса создания функциональных и эстетически привлекательных планировок зданий?
Автоматическое создание функциональных планировок зданий остается сложной задачей в архитектурном проектировании. Существующие методы часто испытывают трудности в достижении баланса между программными требованиями, пространственной реализуемостью и эстетическими соображениями. Основная сложность заключается в преобразовании абстрактных программных спецификаций в конкретные пространственные решения, которые в приоритете обеспечивают удобство использования и взаимосвязь помещений. Эффективное решение требует не просто размещения функций, но и создания логичной и интуитивно понятной организации пространства, отвечающей как потребностям пользователей, так и принципам архитектурной гармонии.
Модель GFLAN успешно сгенерировала семь различных, но топологически корректных и соответствующих заданным требованиям планировок помещений, используя один и тот же исходный контур и программу.
Модель GFLAN представляет собой инновационный двухэтапный генеративный процесс, предназначенный для синтеза планировок зданий на основе программных требований. Первый этап, Предсказание,Центров,Помещений, оценивает вероятные положения центров комнат внутри заданных границ здания, опираясь на программу помещений. Последующий этап включает в себя уточнение полученных результатов с использованием графовой нейронной сети, обеспечивающей структурную состоятельность и соблюдение принципов пространственной смежности между помещениями. Такой подход позволяет генерировать реалистичные и функциональные планировки, учитывающие как общие требования к зданию, так и особенности расположения отдельных комнат.
В отличие от Graph2Plan и WallPlan, которые могут приводить к труднодоступным помещениям, диспропорциональным планировкам или недостатку удобств, GFLAN обеспечивает доступность всех комнат, сохраняет близкую к прямоугольной форму и локализует отклонения в области прилегания к границам участка (подробности об учете балконов как внутренней площади - в разделе GFLAN-B в Приложении H, рис. 21).
В рамках исследования разработана методика, в которой стадия графовой нейронной сети (GNN) явно моделирует смежность помещений, обеспечивая структурную целостность и связность планировки. Для повышения обобщающей способности модели в процессе обучения применяется техника добавления контролируемых возмущений к координатам центров помещений. Данный подход значительно повышает устойчивость системы, позволяя GFLAN достигать высокой степени связности - 0.95 для полностью связанных планировок, что превосходит показатели WallPlan (0.93) и Graph2Plan (0.79). Кроме того, GFLAN демонстрирует существенное снижение ошибок в определении смежности помещений - всего 4, в то время как Graph2Plan и WallPlan допускают 53 и 65 ошибок соответственно.
GFLAN демонстрирует более эффективное использование памяти, значительно меньше нарушений при соблюдении смежности программ и наивысший процент связности графа.
GFLAN обеспечивает точный расчет площади каждого помещения и общей планировки, предоставляя важный показатель для архитектурной оценки. Моделирование границ гарантирует корректное представление пределов здания, определяя допустимый пространственный охват планировки. Примечательно, что GFLAN достигает баланса размеров спален (отношение минимальной к максимальной площади) в 0.90, что значительно превосходит показатели WallPlan (0.77) и Graph2Plan (0.65). В сочетании с коэффициентом удобства использования 0.82, это демонстрирует способность GFLAN генерировать хорошо пропорциональные и функциональные пространства, оптимизируя использование m² и повышая эргономичность планировок.
В отличие от стандартного подхода, который не учитывает балконы при расчете полезной площади, представленный метод рассматривает их как часть внутренней площади, что влияет на планировку.
Исследование, представленное в данной работе, демонстрирует стремление к элегантности в архитектурном проектировании, воплощая идею о том, что идеальный дизайн объединяет форму и функцию. Модель GFLAN, предсказывая центры помещений и уточняя прямоугольники, стремится к гармоничному расположению элементов, создавая целостность планировки. Как однажды заметил Джеффри Хинтон: «Я думаю, что нейронные сети - это отличный способ моделировать сложные зависимости». Данное утверждение находит отражение в GFLAN, где сложные пространственные взаимосвязи между помещениями моделируются с помощью графовых нейронных сетей, что позволяет создавать реалистичные и функциональные планировки.
Представленная работа, несомненно, демонстрирует элегантность подхода к генерации планов помещений, однако истинная красота часто скрывается в деталях, а детали, как известно, склонны ускользать. Успешное предсказание центров помещений и последующая регрессия прямоугольников - это лишь первый шаг. Необходимо признать, что функциональность плана - это не просто расположение комнат, но и их взаимосвязь с инженерными сетями, освещением, акустикой. Где же та изящная гармония между формой и функцией, которая должна быть очевидна в действительно хорошем дизайне?
Очевидным направлением дальнейших исследований представляется расширение модели с учетом контекстуальных данных - ориентации здания по сторонам света, климатических условий, даже предпочтений потенциальных жильцов. Сложность, разумеется, возрастет, но разве настоящий архитектор не стремится к утонченному решению, учитывающему все нюансы? Необходимо также исследовать возможности интеграции модели с системами автоматизированного проектирования, чтобы получить не просто красивый план, а реально реализуемый проект.
В конечном счете, задача заключается не в создании все более сложных алгоритмов, а в разработке системы, способной уловить суть архитектурного пространства, его влияние на человека, его способность создавать атмосферу. И это, пожалуй, самая сложная задача, требующая не только технических знаний, но и глубокого понимания искусства и философии.
Полный обзор с формулами: cryptomoon.ru/proektirovanie-prostranstva-nejroseti-sozdayut-realistichnye-planirovki
Оригинал статьи: https://arxiv.org/pdf/2512.16275.pdf
Связаться с автором: linkedin.com/in/avetisyan
Автор: Денис Аветисян
Исследование двойных пульсаров открывает уникальные возможности для проверки теории гравитации и изучения экстремальных объектов во Вселенной.
Исследование накладывает ограничения на параметры теории гравитации Дамура-Эспозито-Фарезе, используя наблюдения за двойными пульсарами, демонстрируя, что с точностью, достигаемой благодаря данным, собранным в течение 16 лет, а также с потенциальным улучшением, которое может быть достигнуто с помощью радиотелескопа SKA-mid AA4 в течение 10 лет, эта теория приближается к общей теории относительности, при этом особый вклад вносит анализ эволюционировавшей двойной системы с орбитальным периодом около часа и данные о пульсаре J1036−8317, дополненные оптическими наблюдениями его компаньона.
Обзор текущих возможностей и перспектив прецизионных тестов гравитации с использованием синхронизации пульсаров, особенно в эпоху Square Kilometre Array.
Несмотря на впечатляющие успехи общей теории относительности, остаются вопросы о ее применимости в экстремальных гравитационных условиях. В работе 'Testing Gravity with Binary Pulsars in the SKA Era' рассматривается потенциал двойных и тройных радиопульсаров как уникальных лабораторий для проверки гравитации в сильном поле. Благодаря повышению точности синхронизации, которое обеспечит радиотелескоп SKA, станет возможным углубленный анализ существующих систем и обнаружение новых релятивистских объектов, включая пульсар-черные дыры. Какие новые ограничения на параметры общей теории относительности и альтернативных моделей гравитации можно будет получить с помощью этих исследований, и какие фундаментальные аспекты астрофизики это позволит прояснить?
На протяжении веков исследования гравитации ограничивались наблюдением тел в слабых гравитационных полях, что не позволяло получить полное представление о процессах, происходящих в экстремальных условиях. Традиционные методы, такие как прецизионное измерение периодов обращения планет, испытывают трудности при исследовании сильного гравитационного поля, где общая теория относительности Эйнштейна наиболее существенно отличается от альтернативных теорий. Для подтверждения справедливости теории Эйнштейна и поиска отклонений от нее необходимо изучать пространство-время вблизи компактных объектов - задача, требующая разработки принципиально новых наблюдательных технологий, способных регистрировать тончайшие искажения gμnu и проверять фундаментальные принципы теории гравитации в самых сложных условиях.
Сравнение различных гравитационных экспериментов показывает, что максимальная кривизна пространства-времени ограничена и определяется как корень квадратный из скаляра Кречмана, полного сокращения тензора Римана, при этом недостижимые области на графике выделены серым цветом, а эксперименты, проводимые на околоземной орбите (например, Gravity Probe B), представлены наряду с другими методами.
Непосредственное обнаружение гравитационных волн с помощью интерферометров, таких как LIGO, открывает принципиально новое окно во Вселенную, позволяя изучать самые экстремальные космические явления. Эти волны, порождаемые ускоренными массивными объектами, в частности, системами двойных черных дыр и нейтронных звезд, предоставляют уникальную возможность непосредственного исследования сильной гравитации. Анализируя форму этих сигналов, ученые могут с беспрецедентной точностью проверять предсказания общей теории относительности Эйнштейна и искать отклонения от неё, открывая путь к новым физическим открытиям и углубленному пониманию фундаментальных законов мироздания. Форма сигнала, его амплитуда и частота несут информацию о массах, спинах и расстояниях до источников, а также о геометрии пространства-времени вблизи них.
Анализ диаграммы масс-масс пульсара PSR B1913+16 подтверждает соответствие общей теории относительности (ОТО) наблюдаемым данным, поскольку полосы неопределенности масс, рассчитанные на основе различных релятивистских эффектов, сходятся в одной области.
Современные астрофизические исследования активно используют взаимодополняющие методы, такие как наблюдения за пульсарами и радиотелескопическая интерферометрия со сверхдлинной базой, для независимой проверки предсказаний общей теории относительности и уточнения параметров компактных двойных систем. Объединение гравитационно-волновых данных с электромагнитными наблюдениями, известное как разноканальная астрономия, позволяет получить всестороннее представление об астрофизических событиях. Прецизионные измерения масс и спинов компактных объектов, достигаемые благодаря указанным методам и, в частности, благодаря использованию радиотелескопов нового поколения, таких как SKA, открывают возможности для строгих проверок общей теории относительности и поиска отклонений от неё. Ожидается, что наблюдения SKA в сочетании с оптическими измерениями позволят измерить задержку Шэпиро с точностью до 14sigma, значительно превосходящей современные уровни, и повысят точность соответствующих измерений в четыре раза.
Анализ масс-масс диаграммы двойной пульсарной системы PSR J0737−3039A/B подтверждает соответствие наблюдаемых данных предсказаниям общей теории относительности.
Будущие гравитационные обсерватории расширят границы познания, открывая новые возможности для изучения фундаментальных законов физики. В частности, космическая антенна лазерных интерферометров (LISA) позволит регистрировать гравитационные волны на более низких частотах, чем наземные детекторы, что откроет доступ к сигналам от слияний сверхмассивных черных дыр и двойных звезд в галактиках. Параллельно, новое поколение радиотелескопов, таких как Square Kilometre Array (SKA), значительно повысит точность измерения времени пульсаров, что позволит проводить более чувствительный поиск гравитационных волн и проверять теории гравитации, в частности, ожидается улучшение точности измерения периода спада орбиты на 2-3 порядка. Помимо этого, SKA обеспечит возможность измерения момента инерции пульсаров с точностью до 10%, что существенно улучшит существующие ограничения. Дальнейшее совершенствование существующих методов и разработка новых наблюдательных стратегий остаются ключевыми факторами для расширения границ понимания гравитации и Вселенной в целом.
Моделирование эволюции пульсаров PSR J0737−3039A и PSR J0514−4002E показывает, что конфигурация SKA AA4 обеспечивает снижение неопределенности измерения производной периода обращения примерно на 60% по сравнению с конфигурацией SKA AA∗, что соответствует современным наблюдательным данным.
Исследование двойных пульсаров, представленное в данной работе, напоминает о хрупкости наших представлений о Вселенной. Подобно попыткам построить точную карту океана, модели гравитации неизбежно упрощают сложную реальность. Альберт Эйнштейн однажды сказал: «Самое прекрасное и глубокое переживание - это ощущение тайны». Именно это ощущение тайны движет учеными, стремящимися проверить общую теорию относительности в экстремальных условиях, таких как нейтронные звезды и черные дыры. Тщательный анализ времени пульсаров, особенно с использованием возможностей SKA, позволяет не просто подтвердить существующие теории, но и увидеть те области, где наши знания нуждаются в пересмотре, где горизонт событий наших представлений требует новых исследований.
Рассматриваемые в данной работе возможности прецизионных измерений с использованием пульсаров, особенно в контексте грядущей эры SKA, обнажают не столько ответы, сколько границы нашего понимания. Чёрные дыры, как известно, не отражают свет, но, возможно, они отражают наши собственные предвзятости. Идея о том, что мы можем проверить гравитацию с помощью пульсаров, кажется элегантной, пока не столкнётся с тем фактом, что сама гравитация может быть лишь приближением, а не абсолютной истиной.
Повышение точности измерений, безусловно, позволит глубже проникнуть в структуру нейтронных звезд и проверить общую теорию относительности в экстремальных условиях. Однако, следует помнить, что каждая новая цифра в точности - это лишь ещё один слой завесы, скрывающий более глубокие, возможно, принципиально новые явления. Модели существуют до первого столкновения с данными, и даже самые красивые уравнения могут оказаться лишь слабым светом, не успевшим исчезнуть за горизонтом событий.
В конечном счёте, истинный прогресс заключается не в подтверждении существующих теорий, а в готовности их пересматривать. Наблюдения за пульсарами в эпоху SKA могут не только подтвердить, но и разрушить наши представления о гравитации, пространстве и времени. И это, пожалуй, самое интересное.
Полный обзор с формулами: avetisyanfamily.com/tanczy-pulsarov-proverka-teorii-gravitaczii-v-epohu-ska
Оригинал статьи: https://arxiv.org/pdf/2512.16161.pdf
Связаться с автором: linkedin.com/in/avetisyan
Автор: Денис Аветисян
Новый подход с использованием обучения с подкреплением позволяет автоматически проектировать квантовые схемы для эффективного вычисления энергии молекул.
Изучается энергия основного состояния молекулярной системы как функция расстояния между атомами, при этом алгоритм обучения с подкреплением конструирует квантовые схемы с нуля, выбирая гейты и параметры, чтобы предсказывать индивидуально адаптированные схемы для произвольных расстояний и, таким образом, напрямую получать потенциальную энергию и соответствующие волновые функции.
В статье представлена платформа обучения с подкреплением для разработки переносимых квантовых схем, способных эффективно исследовать поверхности потенциальной энергии молекул.
Построение эффективных квантовых схем для моделирования сложных молекулярных систем остается сложной задачей, требующей значительных вычислительных ресурсов. В данной работе, 'Reinforcement learning of quantum circuit architectures for molecular potential energy curves', предложен подход, основанный на обучении с подкреплением, для автоматического проектирования квантовых схем, адаптированных к конкретным молекулам и их потенциальным энергетическим кривым. Разработанная методика позволяет создавать переносимые схемы, способные эффективно исследовать энергетические поверхности, что открывает путь к масштабируемым квантовым симуляциям. Сможет ли данный подход значительно ускорить разработку новых материалов и лекарственных препаратов благодаря более точным квантово-химическим расчетам?
Традиционное молекулярное моделирование сталкивается с существенными вычислительными ограничениями, препятствующими детальному изучению больших и сложных систем. Вычисление энергии основного состояния, определяющей ключевые характеристики молекулярного поведения, часто становится непосильной задачей при увеличении размеров моделируемой молекулы. В этой связи, квантовые вычисления предлагают принципиально новый подход к решению проблемы, однако для реализации этого потенциала необходима разработка эффективных алгоритмов и специализированных квантовых схем, способных оптимально использовать возможности квантовых систем для моделирования молекулярных процессов и предсказания их свойств.
Обученная схема демонстрирует снижение ошибки энергии относительно энергии FCI с увеличением числа вентилей для молекулы LiH, состоящей из четырех кубитов.
Разработанный подход использует принципы усиленного обучения для автоматизированного проектирования квантовых схем, предназначенных для вычисления энергий молекул. Агент, функционирующий в рамках данной системы, взаимодействует с гибридной квантово-классической симуляцией, в качестве функции оценки используя вариационный квантовый решатель собственных значений (VQE). Этот итеративный процесс позволяет агенту последовательно оптимизировать структуру и параметры квантовой схемы, стремясь к минимизации рассчитанной энергии и достижению более точного представления молекулярной системы. В результате, предложенный метод демонстрирует пятикратное (5.1x) увеличение точности по сравнению с приближением Хартри-Фока.
Обученная модель обучения с подкреплением (красный) генерирует структуру, эффективно запутывающую кубиты четыре через семь на всем диапазоне межатомных расстояний, в отличие от стандартного SPA-анзаца (синий), состоящего из двух отдельных блоков запутывания.
Для обучения агента использовался алгоритм Soft Actor-Critic (SAC), эффективно балансирующий исследование и использование полученного опыта. Ключевым элементом является регуляризация энтропии, побуждающая к изучению разнообразных структур и параметров квантовых схем, что предотвращает преждевременную сходимость к субоптимальным решениям. Стабилизация процесса обучения достигается благодаря использованию Target Network, обеспечивающего согласованную и отложенную оценку ценности. Алгоритм успешно справляется как с дискретными, так и с непрерывными пространствами действий, позволяя осуществлять точный контроль над проектированием квантовых схем. Применительно к молекуле LiH, состоящей из шести кубитов, удалось достичь средней ошибки в 0.0161 Ха с отклонением +0.0136/-0.0036 Ха.
Анализ количества операций CNOT, Rx, Ry, Rz и общей глубины схемы для молекулы LiH из четырех кубитов в диапазоне межатомных расстояний от 1.0 до 4.0 Å показывает зависимость этих параметров от геометрии молекулы.
Для повышения эффективности обучения агента применяется буфер повторного использования опыта, в котором сохраняются данные о его взаимодействиях со средой - состояние, действие, полученное вознаграждение и следующее состояние. Такой подход позволяет эффективно использовать накопленные данные, устраняя корреляции между последовательными выборками и позволяя агенту учиться на прошлых успехах и неудачах, что значительно ускоряет сходимость процесса обучения. В контексте оптимизации квантовых схем, данная методика существенно снижает вычислительные затраты и время, необходимое для достижения оптимального решения, что делает возможной работу с более крупными и сложными молекулярными системами. В частности, применение данного подхода позволило снизить стоимость обучения в 22 раза по сравнению с оптимизацией на фиксированном расстоянии, при этом средняя ошибка для молекулы LiH, состоящей из четырех кубитов, составила 0.0136 с отклонением +0.0156/-0.0096 Ha.
Обучение на четырехкубитном LiH демонстрирует сходимость энергии и стабильный возврат в каждой из двенадцати итераций.
Исследование, представленное в данной работе, демонстрирует, что создание эффективных квантовых схем для моделирования молекулярных систем требует не жесткого планирования, а скорее адаптации и эволюции. Подобно тому, как экосистема формируется естественным отбором, квантовые схемы, разработанные с использованием обучения с подкреплением, демонстрируют способность к переносу знаний и эффективному исследованию поверхностей потенциальной энергии. Как говорил Альберт Эйнштейн: «Фантазия важнее знания. Знание ограничено. Фантазия охватывает весь мир». Этот принцип применим и здесь: алгоритм не просто ищет оптимальное решение, а создает основу для дальнейшего развития и адаптации, предвидя и смягчая будущие сбои в сложных молекулярных системах. Архитектура, предложенная авторами, - это не инструмент, а экосистема, способная к самоорганизации и выживанию.
Представленная работа, стремясь к автоматизированному проектированию квантовых схем, неизбежно сталкивается с фундаментальной дилеммой. Каждая оптимизация, каждое «обучение с подкреплением» - это лишь временное усмирение хаоса, запрограммированное проявление будущей хрупкости. Схемы, кажущиеся эффективными сегодня, несут в себе семена собственной деградации, проявляющиеся в новых молекулярных ландшафтах, с которыми они не были обучены. В каждом кроне этой «эволюции» скрыт страх перед неожиданным, перед тем, что не вписывается в узкие рамки текущего обучения.
Надежда на «идеальную» квантовую архитектуру, способную охватить всю сложность потенциальных поверхностей, - это форма отрицания энтропии. Более вероятен путь постепенного накопления «шрамов» - ограниченных, но устойчивых решений для конкретных классов молекул. Истинный прогресс, вероятно, лежит не в создании универсальной схемы, а в разработке механизмов быстрого восстановления после неизбежных сбоев, в адаптации к новым вызовам, а не в их предвидении.
Перспективы переноса обучения, намеченные в данной работе, кажутся особенно тревожными. Каждый перенос - это риск привнести скрытые зависимости, которые проявятся в неожиданный момент, превратив полезный инструмент в источник систематических ошибок. В конечном итоге, успех этого направления будет зависеть не от скорости обучения, а от способности к самодиагностике и отказу от ошибочных стратегий.
Полный обзор с формулами: denisavetisyan.com/kvantovye-shemy-uchatsya-modelirovat-molekuly
Оригинал статьи: https://arxiv.org/pdf/2511.16559.pdf
Связаться с автором: linkedin.com/in/avetisyan
Автор: Денис Аветисян
Исследование демонстрирует возможности высокоточной симуляции нейрохирургических операций для отработки бимануальных навыков и объективной оценки мастерства.
Система моделирования включает в себя компоненты хирургического вмешательства, отслеживания положения инструментов и видеозаписи, что позволяет исследовать взаимодействие с моделью черепа и трансплантированным мозговым веществом в условиях, приближенных к реальной операции.
Разработана платформа для обучения нейрохирургии на основе модели коровьего мозга с использованием оптического трекинга для оценки двуручных навыков при выполнении кортикотомии.
Овладение бимануальной психомоторикой представляет собой значительную сложность в нейрохирургической подготовке, особенно в объективной оценке навыков. В данной работе, 'A High-Fidelity Neurosurgical Training Platform for Bimanual Procedures: A Feasibility Study', исследована возможность создания платформы нейрохирургической симуляции, объединяющей анатомически реалистичную модель мозга и отслеживание хирургических инструментов для обучения и объективной оценки задач, таких как субпиальная кортиэктомия. Полученные результаты демонстрируют успешное отслеживание движений инструментов и выявление метрик, способных дифференцировать уровни хирургической экспертизы. Может ли подобный подход, основанный на анализе движений, стать основой для персонализированной нейрохирургической подготовки и повышения безопасности операций?
Традиционное хирургическое обучение, базирующееся на принципах наставничества, отличается значительной трудоемкостью и недостаточной стандартизацией оценки приобретаемых навыков. Существенная вариабельность в уровне подготовки хирургов-стажеров представляет собой потенциальную угрозу для безопасности пациентов, подчеркивая необходимость разработки объективных метрик для оценки их компетентности. Эффективное обучение требует использования реалистичных симуляторов, способных адекватно воспроизводить сложность хирургических вмешательств, таких как кортикотомия, и обеспечивать стажерам безопасную среду для отработки необходимых навыков и приобретения опыта, прежде чем они приступят к самостоятельной практике.
Для отработки деликатных техник кортиэктомии используется высокореалистичная модель, созданная на основе ткани мозга теленка, позволяющая многократно тренировать ключевые этапы, включая первичный пиальный разрез и прецизионное удаление коры головного мозга. Сочетание данной модели с современными хирургическими инструментами, такими как ультразвуковой аспиратор и биполярные щипцы, формирует клинически релевантную среду для обучения, обеспечивая возможность совершенствования навыков в условиях, максимально приближенных к реальным операционным.
Для объективной оценки навыков хирургов разработана система, использующая оптическое отслеживание инструментов, например, FusionTrack 500, способная фиксировать трёхмерную траекторию движения в 81% случаев использования. Полученные данные позволяют количественно оценивать характеристики движений, включая скорость, ускорение и рывок, что даёт ценную информацию о технике выполнения операций. Помимо этого, анализируются временные показатели и параметры билатеральной координации, формируя комплексную оценку хирургического мастерства. Исследования показали статистически значимые различия во времени использования ножниц между начинающими хирургами и экспертами (101.46 секунд, p=0.001) и старшими студентами (106.34 секунд, p<0.001), что подтверждает возможность использования данной методики для выявления областей, требующих улучшения в процессе обучения и практики.
Анализ движения показал, что предложенный подход эффективно оптимизирует скорость, ускорение и рывок.
Современные методы хирургического обучения претерпевают трансформацию благодаря интеграции реалистичных симуляций с объективной оценкой навыков, что позволяет создавать индивидуальные программы подготовки, адаптированные к потребностям каждого обучающегося. Использование 3D-печати для создания пациентоспецифических моделей значительно повышает реалистичность и эффективность тренировок. Виртуальная реальность обеспечивает иммерсивный опыт, дополняя работу с Ex-Vivo моделями и предоставляя безопасную среду для отработки сложных манипуляций. Исследования выявили значительные различия во времени использования аспиратора между начинающими и опытными хирургами (125.8 секунд, p=0.039), а также во времени одновременного использования биполярного коагулятора и ножниц между студентами и экспертами (77.3 секунд, p=0.009) и между экспертами и опытными хирургами (75.4 секунд, p=0.004). Данный комплексный подход, основанный на опыте ведущего нейрохирурга, направлен на повышение безопасности пациентов и улучшение результатов хирургических вмешательств.
Исследование демонстрирует важность создания систем, способных объективно оценивать сложные двигательные навыки, такие как бимануальная кортикотомия. Платформа, основанная на отслеживании инструментов и анализе движений, позволяет выявить различия в уровне подготовки хирургов. Как однажды заметила Грейс Хоппер: «Лучший способ предсказать будущее - создать его». Эта платформа - не просто инструмент для тренировок, а попытка сформировать будущее хирургической подготовки, создавая условия для постоянного совершенствования и повышения квалификации специалистов. Элегантность дизайна проявляется в простоте и ясности получаемых метрик, позволяющих оценить эффективность выполнения процедуры.
Представленная работа демонстрирует, что фиксация движения инструментов - это лишь первый шаг. Очевидно, что простое отслеживание траектории не раскрывает сути хирургического мастерства. Как и в любом сложном механизме, важна не только геометрия, но и динамика взаимодействия частей. Иными словами, документация фиксирует структуру, но не передаёт поведение - оно рождается во взаимодействии. Необходимо глубже изучать не просто что делает хирург, а как он это делает - какие микро-коррекции, какие колебания, какая адаптация к непредсказуемым условиям.
Очевидным направлением является интеграция с системами обратной связи, позволяющими имитировать тактильные ощущения. Визуальная точность, безусловно, важна, но без ощущения сопротивления тканей, без понимания плотности и текстуры, симуляция остаётся лишь бледным подобием реальности. Более того, следует задуматься о создании более сложных сценариев, приближенных к реальным клиническим ситуациям, с вариабельностью анатомии и непредсказуемыми осложнениями. Простота модели - это хорошо для начала, но для истинной оценки навыков требуется сложность.
В конечном счете, ценность любой симуляционной платформы определяется её способностью предсказывать реальную производительность хирурга. Недостаточно просто дифференцировать опытных специалистов от новичков; необходимо выявить конкретные навыки, которые необходимо улучшить. Подобный анализ требует не только точных метрик, но и глубокого понимания нейрофизиологических механизмов, лежащих в основе хирургического мастерства. Иначе, мы рискуем создать лишь ещё один инструмент для измерения того, что и так известно.
Полный обзор с формулами: top-mob.com/virtualnaya-nejrohirurgiya-ottachivaem-masterstvo-obeih-ruk
Оригинал статьи: https://arxiv.org/pdf/2511.14879.pdf
Связаться с автором: linkedin.com/in/avetisyan
Автор: Денис Аветисян
В статье рассматривается перспективное направление в квантовых вычислениях, сочетающее преимущества непрерывных и дискретных переменных для решения сложных задач.
Гибридные квантовые вычисления, объединяющие классические и дискретные переменные, находят применение в различных областях естественных наук и за их пределами, как демонстрируется на примере панели, адаптированной из работы Vuet и коллег [2025a] с разрешения American Chemical Society.
Обзор возможностей гибридных квантовых систем на основе непрерывных и дискретных кубитов для моделирования, коррекции ошибок и достижения отказоустойчивости.
Традиционные подходы к квантовым вычислениям преимущественно сосредоточены на дискретных переменных, однако всё чаще возникает необходимость в использовании преимуществ непрерывных переменных для решения сложных задач. В работе 'Hybrid continuous-discrete-variable quantum computing: a guide to utility' рассматривается перспективная гибридная парадигма, объединяющая дискретные и непрерывные квантовые системы. Показано, что такой подход может значительно расширить возможности моделирования, оптимизации и обеспечения отказоустойчивости, особенно в областях, где стандартные кубитные технологии сталкиваются с ограничениями. Какие конкретные алгоритмы и приложения получат наибольшую выгоду от синергии дискретных и непрерывных квантовых ресурсов?
В то время как дискретные (0-1) кубиты демонстрируют определенные успехи, их масштабируемость и способность эффективно моделировать сложные системы сталкиваются с ограничениями. В качестве перспективной альтернативы выступают квантовые вычисления на непрерывных переменных, использующие бесконечномерные состояния, что потенциально позволяет преодолеть барьеры, присущие дискретным системам. Этот подход требует разработки новых квантовых алгоритмов и стратегий коррекции ошибок, адаптированных к специфическим свойствам систем с непрерывными переменными, что открывает путь к созданию более мощных и универсальных квантовых вычислительных устройств.
Исследование предлагает дорожную карту для моделирования квантовой хромодинамики на квантовых симуляторах, демонстрируя сложность алгоритмов и требуемые ресурсы, а также примеры конфигураций полей и подходов к кодированию полей в рамках решетцовой квантовой теории.
Традиционные методы квантовой коррекции ошибок, разработанные для дискретных квантовых систем, оказываются неприменимыми в системах с непрерывными переменными. Для обеспечения надежной защиты квантовой информации в таких системах развивается гауссовская коррекция ошибок, использующая гауссовские операции и состояния, такие как состояния GKP. Этот подход расширяется в рамках бозонной коррекции ошибок, где для защиты информации используются бозонные моды. Экспериментальные демонстрации бозонных кодов коррекции ошибок, в частности, продемонстрировали достижение точки безубыточности для логических кубитов, что открывает перспективы для создания устойчивых к ошибкам квантовых вычислений в непрерывной области.
Полярная решетка кода и прямое преобразование операции модульного сложения в квантовый оператор, построенный с использованием обратного дискретного преобразования Фурье на уровнях Фока, нелинейности Керра и дискретного преобразования Фурье, позволяют реализовать модульное сложение в квантовой системе.
Квантовое моделирование открывает путь к решению задач, недоступных для классических компьютеров, особенно в материаловедении и разработке лекарств. Гибридный подход, объединяющий квантовые вычисления непрерывного (CV) и дискретного (DV) типов, использует сильные стороны обеих парадигм для моделирования сложных систем. Квантовые симуляции непрерывного типа позволяют моделировать системы, включающие бозоны и фермионы, применяя такие методы, как разложение Троттера и решатели дифференциальных уравнений для приближенного расчета временной эволюции. Этот подход демонстрирует значительное снижение требуемых ресурсов по сравнению с чисто дискретными методами, особенно при моделировании вибронного взаимодействия и диссипативной неадиабатической динамики, что делает его перспективным инструментом для исследования сложных физико-химических процессов.
Модель Хаббарда-Хольштейна представляет собой типичную смешанную ферми-бозонную модель, описывающую взаимодействие электронов с локальными эйнштейновскими осцилляторами, их скачки между сайтами и кулоновское отталкивание на одном и том же сайте, при этом размер гильбертова пространства для каждого сайта равен 4.
Квантовые вычисления с использованием непрерывных переменных открывают новые возможности для моделирования сложных систем, описываемых квантовой теорией поля и теорией калибровочных полей. Такие модели, как спин-бозонная и холстиновская, описывающие взаимодействие колебаний и квантовых систем, становятся более доступными для анализа. Применение алгоритма фазовой оценки к квантовым ротаторам демонстрирует потенциал извлечения критически важной информации о свойствах исследуемых систем, например, об энергии основного состояния и спектральных характеристиках. Эти методы позволяют эффективно решать задачи, ранее недоступные для классических вычислений, и углубляют понимание фундаментальных физических явлений, описываемых через Hamiltonian оператор, и связанных с квантовыми взаимодействиями.
Происходит сближение различных подходов к квантовым вычислениям, что открывает новые возможности для решения сложных задач. Техника, известная как кубитация, позволяет эффективно отображать фермионные операторы на кубиты, тем самым соединяя фермионные и кубитные вычислительные модели. Параллельно, непрерывно-переменные (CV) квантовые вычисления, в сочетании с оптимизированными алгоритмами, такими как MaxCut, представляют собой мощную платформу для решения задач оптимизации. Вероятно, именно синергия между CV и дискретными (DV) системами определит будущее квантовых вычислений, позволяя находить решения для проблем, которые ранее считались неразрешимыми, и продвигая границы вычислительных возможностей в различных областях науки и техники.
Исследование возможностей гибридных квантовых вычислений, сочетающих непрерывные и дискретные переменные, демонстрирует переход к более гибким и эффективным методам моделирования сложных систем. Данный подход позволяет преодолеть ограничения, свойственные традиционным кубитным системам, и открывает новые перспективы в решении вычислительных задач. Как однажды заметил Луи де Бройль: «Каждая частица обладает волновыми свойствами». Эта идея перекликается с концепцией непрерывных переменных в квантовых вычислениях, где информация кодируется в амплитудах волн, а не в дискретных состояниях, что позволяет более точно описывать сложные взаимодействия и процессы, как в квантовых системах, так и в их классических аналогах. Самоорганизация, возникающая из локальных правил взаимодействия, становится ключевым принципом в создании устойчивых и эффективных квантовых алгоритмов.
Представленное исследование, рассматривая симбиоз непрерывных и дискретных подходов к квантовым вычислениям, неизбежно указывает на границы самой концепции "управления" в сложных системах. Стремление к централизованному контролю над квантовыми состояниями, вероятно, окажется иллюзорным. Гораздо продуктивнее представляется фокус на создании условий, в которых локальные взаимодействия между кубитами, будь то бозонные или дискретные, самоорганизуются в полезные вычислительные структуры. Этакая квантовая эволюция, где стабильность возникает не из жестких протоколов, а из гибкой адаптации.
Особое внимание следует уделить не столько созданию "идеальных" кубитов, сколько разработке методов, позволяющих извлекать полезную информацию из шумных, несовершенных систем. Квантовая коррекция ошибок, безусловно, важна, но она лишь откладывает неизбежное. Возможно, более перспективным путем является изучение того, как шум и декогеренция могут быть использованы как ресурс для вычислений, как своего рода “творческий хаос”.
Будущие исследования, вероятно, потребуют смещения акцента с “управления” квантовыми состояниями на “влияние” на их динамику. Порядок не нуждается в архитекторе - он возникает из локальных правил. Задача исследователя - не навязать систему, а создать благоприятную среду для ее самоорганизации и спонтанной адаптации к решаемым задачам.
Полный обзор с формулами: denisavetisyan.com/kvantovye-vychisleniya-novogo-pokoleniya-obedinyaya-vozmozhnosti-analogovyh-i-czifrovyh-sistem
Оригинал статьи: https://arxiv.org/pdf/2511.13882.pdf
Связаться с автором: linkedin.com/in/avetisyan
Автор: Денис Аветисян
Новое исследование, основанное на данных телескопа "Джеймс Уэбб", предприняло первую попытку обнаружить экзолуны вокруг планеты Kepler-167e, схожей с Юпитером.
Наблюдения за прохождением экзопланеты Kepler-167e показали, что время её транзита, зафиксированное телескопом JWST, опережает предсказанное на основе данных Kepler примерно на час, что указывает на остаточные вариации времени транзита порядка десяти минут.
Анализ данных о прохождении Kepler-167e перед звездой не выявил убедительных свидетельств существования экзолун, но заложил основу для будущих исследований и усовершенствования методов анализа данных.
Поиск экзолун остается сложной задачей из-за трудностей в отделении сигналов от планет от систематических шумов и звездной активности. В статье 'A JWST Transit of a Jupiter Analog: II. A Search for Exomoons' представлен первый поиск экзолун вокруг планеты Kepler-167e с использованием данных JWST, который не выявил убедительных доказательств их существования, но выявил значительное влияние трендов, возникающих в процессе наблюдений. Полученные результаты подчеркивают необходимость тщательного моделирования данных и учета систематических ошибок при анализе транзитов, особенно в контексте поиска слабых сигналов экзолун. Какие новые подходы и методы анализа необходимы для повышения точности и надежности будущих исследований экзолун с использованием данных JWST?
Поиск экзолун - спутников, вращающихся вокруг планет за пределами Солнечной системы - является передовым направлением в экзопланетарной науке, обещающим новые сведения о формировании планетных систем и потенциальной обитаемости. Традиционная транзитная фотометрия, успешно применяемая для обнаружения экзопланет, сталкивается со значительными трудностями при регистрации слабых сигналов от экзолун из-за активности звезд и инструментального шума. Ключевой проблемой является различение истинных сигналов экзолун от проявлений звездной активности, таких как звездные пятна, которые могут имитировать сигналы экзолун с амплитудами до 263 ppm, требуя применения сложных методов анализа для достоверного обнаружения.
Анализ изменения χ² позволяет выявить участки временного ряда, вносящие наибольший вклад в обнаружение лунного сигнала, при этом средние значения для различных трендов и снижений показывают стабильные паттерны, выделяющиеся на фоне фаз входа и выхода Луны из поля зрения и переходов между экспозициями.
Точное обнаружение экзолун напрямую зависит от эффективного моделирования и удаления трендов в наблюдаемых кривых блеска, возникающих вследствие звездной активности и инструментальных эффектов. Для решения этой задачи применялся ряд подходов к моделированию трендов, включая квадратичную, экспоненциальную регрессии и регрессию с использованием гауссовских процессов, каждый из которых обладает уникальными возможностями в захвате различных типов вариаций. Строгий учет этих трендов значительно повышает чувствительность поиска сигналов экзолун, достигая наблюдаемой точности в 55 ppm на усредненной кривой блеска, что превосходит первоначальные расчеты в 39 ppm на 40%.
Анализ временного ряда, полученного при помощи NIRSpec для Kepler-167e, демонстрирует четко выраженный транзит и позволяет выделить шесть отдельных экспозиций по 10 часов, при этом в последней экспозиции наблюдается транзит Kepler-167c, который был исключен из дальнейшего анализа.
Для оценки параметров модели и проверки гипотез о существовании экзолун применялся алгоритм байесовского вывода MultiNest. Использование коэффициентов Байеса и отношений Саведжа-Дики обеспечило надежную статистическую основу для сравнения вероятности сигналов экзолун с альтернативными объяснениями. Анализ опирается на модель LUNA, которая рассчитывает ожидаемую кривую блеска планеты с луной, что позволяет целенаправленно искать признаки экзолун. Данное исследование установило предел чувствительности для обнаружения экзолун с радиусами до 0.95 R⊕ с уровнем достоверности 95%.
Результаты, полученные с помощью ExoTiC-JEDIM32, демонстрируют аналогичную структуру и закономерности, как и на рисунке 2.
Анализ временных рядов данных об экзопланете Kepler-167e, полученных с помощью спектрографа ближнего инфракрасного диапазона (NIRSpec) космического телескопа James Webb, позволил проверить разработанную методику поиска экзолун. Высокоточные кривые блеска, предоставленные наблюдениями, расширили границы чувствительности обнаружения экзолун, однако в данном наборе данных однозначный сигнал, указывающий на присутствие спутника, не был зафиксирован. Тем не менее, проведенный анализ подтвердил эффективность предложенного подхода, продемонстрировав его потенциал для будущих открытий - согласно моделированию, вероятность обнаружения экзолуны, аналогичной Ганимеду, составляет 83%.
Анализ периодограммы Ломба-Скаргаля по семнадцати кварталам наблюдений за Kepler-167 не выявил чёткого периода вращения.
Исследование транзитов экзопланет, представленное в данной работе, требует предельной точности и калибровки моделей для исключения ложных срабатываний, вызванных активностью звезды. Подобно тому, как горизонт событий скрывает информацию, так и звездная активность может заслонить слабые сигналы экзолун. Игорь Тамм однажды сказал: «В науке важно не только то, что мы знаем, но и то, что мы не знаем». Эта фраза отражает суть представленного исследования: поиск экзолун вокруг Kepler-167e не дал однозначных результатов, однако позволил значительно улучшить методы анализа данных и выявить потенциальные источники погрешностей. Успешное обнаружение экзолун потребует дальнейшего развития методов моделирования и анализа временных рядов, а также учета влияния различных факторов, включая звездную активность.
Наблюдения, представленные в данной работе, не принесли однозначного подтверждения существования экзолун вокруг Kepler-167e. Однако, подобно тому, как свет, не успевший покинуть окрестностей чёрной дыры, эти отрицательные результаты не следует считать бесполезными. Скорее, они высветили сложность задачи и хрупкость тех моделей, которые пытаются описать столь слабые сигналы. Любая попытка обнаружить экзолуны - это, в сущности, измерение шума, и важно понимать, что шум всегда будет преобладать.
Основным препятствием остается различение истинных сигналов от активности звезды. Методы, разработанные для этой работы, являются шагом вперед, но представляют собой лишь временное укрытие перед лицом непредсказуемости звёздных процессов. Поиск экзолун - это, по сути, поиск недостающих звеньев в цепи, которую невозможно построить, если каждое звено может оказаться иллюзией.
Будущие исследования, несомненно, потребуют ещё более сложных моделей и более точных измерений. Но, возможно, самое важное - это признание того, что любая теория - это всего лишь свет, который не успел исчезнуть за горизонтом событий, и что истина всегда будет ускользать, как тень от чёрной дыры.
Полный обзор с формулами: avetisyanfamily.com/v-poiskah-sputnikov-u-gazovogo-giganta-pervye-dannye-ot-teleskopa-dzhejms-uebb
Оригинал статьи: https://arxiv.org/pdf/2511.15317.pdf
Связаться с автором: linkedin.com/in/avetisyan
Автор: Денис Аветисян
Новое семейство моделей искусственного интеллекта открывает новые горизонты в создании реалистичных и детализированных визуальных материалов.
Семейство моделей «Кандинский 5.0» демонстрирует разнообразие архитектур, способных к генерации изображений, отражая эволюцию подходов к синтезу визуального контента и открывая новые возможности в области компьютерного творчества.
Кандинский 5.0 представляет собой передовые модели на основе диффузии и flow matching, использующие архитектуры CrossDiT и NABLA для высококачественной генерации изображений и видео.
Несмотря на значительный прогресс в области генеративных моделей, создание высококачественного и эффективного синтеза изображений и видео остается сложной задачей. В настоящей работе представлена платформа 'Kandinsky 5.0: A Family of Foundation Models for Image and Video Generation', включающая семейство фундаментальных моделей, демонстрирующих передовые результаты в синтезе изображений высокого разрешения и 10-секундных видеороликов. Ключевым достижением является сочетание инновационной архитектуры, включающей CrossDiT и NABLA attention, с многоэтапным процессом обучения, обеспечивающим высокую скорость генерации и превосходное качество. Сможет ли Kandinsky 5.0 стать основой для широкого спектра генеративных приложений и существенно расширить возможности исследователей в области мультимодального обучения?
Современный прогресс в области генеративного искусственного интеллекта обуславливает потребность в моделях, способных к синтезу высококачественных изображений и видеоматериалов. Однако, существующие методы часто испытывают трудности с поддержанием когерентности и реалистичности в длинных последовательностях, что ограничивает возможности для создания сложных визуальных историй. Новое поколение фундаментальных моделей призвано преодолеть эти ограничения, открывая путь к формированию захватывающих визуальных повествований. Разработка этих моделей требует комплексного подхода, включающего в себя обработку данных, инновации в архитектуре и строгую оценку качества генерируемого контента, чтобы обеспечить максимальную правдоподобность и художественную ценность получаемых визуальных произведений.
Дообучение модели генерации изображений с использованием обратной связи от Reward Model позволяет улучшить качество генерируемых результатов.
В основе системы Кандинский 5.0 лежит генеративная модель, использующая диффузные модели для синтеза контента. Архитектура включает в себя компонент CrossDiT, обеспечивающий эффективное объединение текстовой и визуальной информации. Для повышения масштабируемости и снижения вычислительных затрат применяются разреженные механизмы внимания, такие как NABLA Attention, что позволило добиться ускорения в 2.7 раза как при обучении, так и при выводе данных. Для оптимизации производительности используется вариационный автоэнкодер (VAE), создающий компактные латентные представления, что существенно улучшает эффективность всей системы.
Процесс создания обучающего набора SFT включает автоматическую и ручную фильтрацию данных из Kandinsky T2V и T2I, экспертную оценку, создание подписей и категоризацию для последующей тонкой настройки и объединения специализированных моделей в итоговую SFT модель.
Модели Kandinsky 5.0 проходят предварительное обучение на масштабных наборах данных, что позволяет им усваивать общие визуальные и лингвистические закономерности. Далее, процесс обучения совершенствуется посредством контролируемой тонкой настройки (SFT), направленной на повышение точности генерации изображений и видео в соответствии с заданными запросами. Дополнительная оптимизация достигается за счет обучения с подкреплением (RL), учитывающего предпочтения пользователей и эстетические критерии. Для создания более компактных и быстрых версий, таких как Kandinsky 5.0 Image Lite и Video Lite, применяются методы дистилляции моделей, позволяющие снизить вычислительную нагрузку и сократить количество оценок функций (NFEs) с 100 до 16. Семейство моделей Kandinsky 5.0 включает варианты с 2B, 6B и 19B параметрами, формируя различные линейки моделей (Lite, Image, Pro), что обеспечивает гибкость и масштабируемость в различных сценариях применения.
Обучение моделей семейства Kandinsky 5.0 проходит в несколько этапов, последовательно улучшая их возможности.
Модель Кандинский 5.0 демонстрирует выдающиеся способности в генерации видео как из текста, так и из изображений, обеспечивая высокую детализацию и связность создаваемых роликов. Помимо этого, система поддерживает сложные задачи редактирования изображений, позволяя бесшовно манипулировать визуальным контентом и преобразовывать его. Тщательная оценка качества, проведенная экспертами, подтверждает превосходство Кандинского 5.0 над существующими аналогами. Модели способны генерировать видеоролики с разрешением до 1408p и продолжительностью до 5 и 10 секунд. В перспективе, разработчики планируют сосредоточиться на решении этических вопросов, связанных с использованием подобных технологий, а также на изучении новых возможностей применения в сферах виртуальной реальности и создания контента.
Для обучения моделей Kandinsky T2V и T2I применяется конвейер обработки данных, включающий фильтрацию, дедупликацию, оценку качества и аннотацию контента, после чего данные группируются по разрешению (256, 512, 1024) для соответствующих этапов предварительного обучения.
Исследование, представленное в статье о Kandinsky 5.0, демонстрирует стремление к созданию моделей, способных к генерации изображений и видео высокого разрешения. Этот процесс требует не просто увеличения вычислительных мощностей, но и разработки инновационных архитектур, таких как CrossDiT и NABLA, оптимизирующих внимание и эффективность. Как заметил Эндрю Ын: «Мы должны сосредоточиться на том, как сделать машинное обучение более доступным». Эта мысль находит отражение в Kandinsky 5.0, поскольку модель стремится к более эффективной генерации контента, что потенциально открывает возможности для широкого круга пользователей и приложений. Модель, по сути, раскрывает закономерности в данных, предлагая визуальный мир, который можно интерпретировать через строгую логику и креативные гипотезы.
Представленные модели семейства Kandinsky 5.0, безусловно, демонстрируют впечатляющие возможности в генерации изображений и видео. Однако, подобно любому сложному инструменту, они лишь подчеркивают глубину нерешенных вопросов. Автоматизированное создание визуального контента, пусть и высококачественного, не отменяет необходимости в понимании самого процесса творчества. Вместо того, чтобы стремиться к полной имитации, возможно, стоит сосредоточиться на создании систем, способных к осмысленной вариации и адаптации, а не просто на бесконечном воспроизведении шаблонов.
Особое внимание следует уделить преодолению существующих ограничений в области контроля над процессом генерации. Насколько точно можно будет управлять стилем, содержанием и эмоциональной окраской создаваемых изображений? Решение этой задачи требует не только архитектурных инноваций, но и более глубокого понимания взаимосвязи между текстом, визуальным представлением и человеческим восприятием. В противном случае, мы рискуем получить лишь иллюзию контроля над цифровым холстом.
Наконец, необходимо помнить, что визуальные данные - это лишь один из способов познания мира. Истинное понимание требует интеграции различных источников информации и развития критического мышления. Следовательно, будущее генеративных моделей, вероятно, лежит в области мультимодального обучения, способного объединять текст, изображение, звук и другие типы данных для создания более целостных и осмысленных представлений реальности.
Полный обзор с формулами: denisavetisyan.com/kandinskij-5-0-iskusstvo-generaczii-izobrazhenij-i-video
Оригинал статьи: https://arxiv.org/pdf/2511.14993.pdf
Связаться с автором: linkedin.com/in/avetisyan
Автор: Денис Аветисян
Исследование демонстрирует, как алгоритмы оптимизации помогают более точно разложить изображения галактик на составные части и выявить ключевые особенности их внутреннего строения.
При ухудшении пространственного разрешения наблюдается рост числа фотометрических выступов, ошибочно классифицируемых как классические, вплоть до почти сорока процентов для оптимизаций NM и DE, что указывает на значительное влияние качества данных на надёжность определения серсиевского индекса n и, следовательно, на точность классификации галактических компонентов, даже при незначительном смещении среднего значения n.
Работа посвящена анализу структуры галактик с использованием дифференциальной эволюции для оптимизации фотометрического разложения и выявлению влияния пространственного разрешения на идентификацию классических балджей и ядерных дисков.
Несмотря на прогресс в изучении структуры галактик, вопрос о распространенности классических балджей остается дискуссионным, особенно при анализе галактик за пределами ближайшей Вселенной. В данной работе, 'Robust galaxy image decompositions with Differential Evolution optimisation and the problem of classical bulges in and beyond the nearby Universe', исследуется влияние методики двумерного разложения изображений галактик и оптимизационного алгоритма на выявление структурных компонентов. Показано, что применение алгоритма дифференциальной эволюции позволяет точно измерять структурные параметры, выявляя ядерные диски вместо классических балджей, однако разрешение является критическим фактором. Может ли систематическая переоценка индекса Серсика из-за недостаточного разрешения стать причиной расхождений в оценках распространенности классических балджей в разных частях Вселенной и повлиять на будущие наблюдения с использованием таких инструментов, как Euclid, HST и JWST?
Точное моделирование галактик требует всё более детального разрешения, стремясь к физическому пространственному масштабу в 170 пк, что ставит перед наблюдательными возможностями сложные задачи. Традиционные методы сталкиваются с трудностями при разделении перекрывающегося света от различных галактических компонентов, что приводит к неточностям в оценке их структуры, особенно при снижении разрешения. Суть проблемы заключается в необходимости дифференцировать вклады от баров, балджей и дисков, каждый из которых по-разному влияет на эволюцию галактики, а также в усилении систематических ошибок при более низком разрешении. Это создает серьезные препятствия для адекватного понимания формирования и развития галактик, подчеркивая необходимость разработки новых методов анализа и повышения точности наблюдательных инструментов.
Наблюдаемые различия в показателях Серсика для балдж-компоненты галактик указывают на то, что использование недостаточно детализированной модели функции рассеяния может приводить к существенной переоценке этого параметра, однако для подтверждения этой систематической погрешности требуется более масштабный статистический анализ.
Метод фотометрического разложения представляет собой математическое моделирование распределения света в галактиках, позволяющее выделить основные компоненты, такие как шаровидные ядра, диски и перемычки. В основе этого подхода лежит подгонка параметризованных функций - в частности, Sersic профилей - к наблюдаемому световому потоку, что обеспечивает оценку размеров, формы и яркости каждого компонента. Точность разложения напрямую зависит от оптимизационных алгоритмов, используемых для определения наилучших параметров; в частности, неконтролируемые методы, такие как Дифференциальная Эволюция, демонстрируют результаты, находящиеся в отличном согласии с результатами, полученными с помощью контролируемых алгоритмов.
Сравнение результатов анализа изображений S4G, полученных с использованием неконтролируемых методов DE и MCMC, с результатами контролируемого анализа NM, показывает соответствие в оценках эффективного радиуса балджа, соотношения светимости балджа к общей светимости, масштаба диска и соотношения светимости балки к общей светимости.
Для выполнения фотометрического разложения используются различные алгоритмы оптимизации, включая метод Нельдера-Мида, метод Монте-Карло Марковских цепей и дифференциальную эволюцию, каждый из которых обладает своими преимуществами и недостатками. Метод Нельдера-Мида отличается высокой скоростью, но подвержен риску застревания в локальных минимумах, в то время как метод Монте-Карло Марковских цепей обеспечивает надежные оценки неопределенностей, однако требует значительных вычислительных ресурсов. Дифференциальная эволюция представляет собой компромисс между надежностью и эффективностью, что делает ее все более популярным выбором для решения сложных задач разложения, сохраняя эффективность даже при снижении пространственного разрешения до 1,7 кпк и 3,4 кпк. Использование критерия Акаике позволяет выбрать наиболее экономную модель, предотвращая переобучение к шумам в наблюдательных данных.
Сравнение результатов подгонки данных, полученных с использованием искусственно сдвинутых изображений методом обучения без учителя (верхний ряд) и методом Монте-Карло (нижний ряд), с результатами контролируемой подгонки NM по исходным изображениям S4G показало, что эффективно определяются эффективный радиус выпуклости, отношение светимости выпуклости к общей светимости, масштабная длина диска и отношение светимости перемычки к общей светимости.
Анализ структурных компонентов галактик, осуществляемый посредством фотометрического разложения, позволяет выявить ключевые характеристики их вздутий - от классических, характеризующихся высоким индексом Серсика, до ядерных дисков с низким значением этого параметра. Точное определение индексов Серсика и количественная оценка вклада перемычек в общую светимость галактик предоставляют ценные сведения об их формировании и эволюции, раскрывая взаимосвязь между различными структурными элементами. Усовершенствованные алгоритмы и современные телескопы позволяют уточнять понимание морфологии и динамики галактик, однако, оценка индекса Серсика подвержена систематическим ошибкам при низком разрешении, что проявляется в значительном увеличении разброса данных при снижении разрешения до 1.7 кпк и 3.4 кпк. Таким образом, хотя детальное исследование структуры галактик становится всё более точным, необходимо учитывать ограничения, связанные с качеством исходных данных и используемыми методами анализа.
Сравнение распределений параметров балджа и бара показывает, что они коррелируют, отражая взаимосвязь между этими структурами в моделировании галактик.
Исследование структуры галактик, представленное в данной работе, напоминает попытку удержать ускользающий свет. Авторы демонстрируют, что даже самые совершенные алгоритмы оптимизации, такие как дифференциальная эволюция, лишь приближают нас к истинному пониманию. Точность определения ключевых компонентов, будь то классический балдж или ядерный диск, напрямую зависит от разрешения, что подчеркивает ограниченность любого наблюдения. Как говорил Исаак Ньютон: «Я не знаю, как меня воспринимают другие, но мне самому кажется, что я лишь как ребенок, играющий с камешками на берегу моря, находящий более или менее гладкие камешки и радующийся, а в то же время бесконечный океан истины лежит передо мной». Это высказывание отражает суть работы: каждое выявление структуры галактики - это лишь один камешек, найденный на берегу безграничного океана космоса.
Представленные результаты, демонстрирующие возможности неконтролируемой оптимизации в моделировании структуры галактик, обнажают более глубокую проблему: уверенность в интерпретации наблюдаемых данных. Аккреционные диски действительно демонстрируют анизотропное излучение с вариациями по спектральным линиям, однако, корректность выделения центральных компонентов - ядерных дисков и классических балджей - критически зависит от пространственного разрешения. Иллюзия определенности, возникающая при анализе данных низкого разрешения, подобна взгляду на горизонт событий - кажущаяся простота скрывает бездну неопределенности.
Дальнейшие исследования потребуют учета релятивистского эффекта Лоренца и сильной кривизны пространства при моделировании динамики галактик. Необходимо разработать методы, позволяющие оценивать систематические ошибки, связанные с недостаточным пространственным разрешением, и отделить истинные физические компоненты от артефактов, порожденных инструментальными ограничениями. Моделирование должно учитывать не только наблюдаемые параметры, но и внутреннюю согласованность теоретических построений.
По сути, предстоит осознать, что любая попытка разложить галактику на составляющие - это лишь приближение, модель, которая неизбежно упрощает реальность. Истинная структура галактики, подобно черной дыре, может оставаться скрытой за горизонтом наших знаний, напоминая о границах познания и хрупкости любой теории.
Полный обзор с формулами: denisavetisyan.com
Оригинал статьи: https://arxiv.org/pdf/2511.13823.pdf
Связаться с автором: linkedin.com/in/avetisyan