任捷課題組在人工智能交叉物理學(xué)的重要進(jìn)展在Phys. Rev. Lett.上發(fā)表

發(fā)布時(shí)間：2020-05-13

任捷教授課題組在人工智能與前沿物理學(xué)的交叉領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，利用無(wú)監(jiān)督流形學(xué)習(xí)對(duì)拓?fù)涔虘B(tài)晶體聲子進(jìn)行成功的無(wú)人自主智能的聚類分類，相關(guān)研究成果于2020年5月6日，以“Unsupervised manifold clustering of topological phononics”為題，發(fā)表在國(guó)際物理學(xué)頂級(jí)期刊Physical Review Letter第124卷第18期上[Phys. Rev. Lett. 124, 185501 (2020)]。物理科學(xué)與工程學(xué)院17級(jí)博士生龍洋為論文第一作者，任捷教授為論文通訊作者，陳鴻教授做出了重要貢獻(xiàn)。

拓?fù)渎曌邮峭負(fù)湮锢淼姆种е唬芯繌暮暧^機(jī)械系統(tǒng)到微觀納米振動(dòng)晶格中的拓?fù)浔Ｗo(hù)現(xiàn)象，比如無(wú)散射的拓?fù)溥吔鐟B(tài)，對(duì)量子器件的實(shí)現(xiàn)具有重要意義。但是，拓?fù)渎曌酉到y(tǒng)往往伴隨有限尺寸、雜質(zhì)、隨機(jī)、無(wú)序無(wú)定形等特點(diǎn)，難以用通用的拓?fù)洳蛔兞棵枋?。任捷課題組創(chuàng)新性地利用流形學(xué)習(xí)來(lái)高效解決拓?fù)湮锢淼耐诰蚺c分類問(wèn)題，通過(guò)引入基于實(shí)空間的映射算符和定義算符之間的相似性，成功克服了上述拓?fù)渎曌訉W(xué)方面的困難和挑戰(zhàn)。

圖1 利用人工智能實(shí)現(xiàn)拓?fù)渎曌拥臒o(wú)監(jiān)督識(shí)別

在這項(xiàng)工作中，他們應(yīng)用無(wú)監(jiān)督機(jī)器學(xué)習(xí)方法，在沒(méi)有人類先驗(yàn)知識(shí)的情況下，借助于提出的實(shí)空間表示，以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方式處理現(xiàn)代聲子系統(tǒng)的拓?fù)渥R(shí)別問(wèn)題。他們證實(shí)了機(jī)器能夠成功地探索出具有非平凡物理特征的各種拓?fù)錉顟B(tài)族，諸如無(wú)序一維聲子鏈、二維多孔拓?fù)渎曌印⒏唠A拓?fù)渎曌?、隨機(jī)無(wú)定形、非厄米聲子系統(tǒng)籌，驗(yàn)證了基于機(jī)器學(xué)習(xí)的該方案的普適性，揭示了非常規(guī)的聲子-波現(xiàn)象背后的復(fù)雜機(jī)制。任捷教授表示：“該項(xiàng)工作雖然是基于拓?fù)渎曌酉到y(tǒng)來(lái)進(jìn)行研究，但其方法和結(jié)論并不局限于聲子系統(tǒng)，可以推廣到其它波動(dòng)系統(tǒng)當(dāng)中，比如拓?fù)涔庾訉W(xué)。”這項(xiàng)工作將為數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的拓?fù)湮飸B(tài)分析奠定基礎(chǔ)，并激發(fā)理解拓?fù)湎嗟男乱?jiàn)解，包括隨機(jī)、耗散和非平衡的物理系統(tǒng)。

該項(xiàng)研究得到了國(guó)家自然科學(xué)重點(diǎn)基金面上基金和國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃的資助。

文章鏈接：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.124.185501

“Unsupervised Manifold Clustering of Topological Phononics”, Yang Long, Jie Ren, and Hong Chen, Phys. Rev. Lett. 124, 185501.