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主编寄语 江松 计算物理    2024, 41 (1): 1-1.   摘要 （85）   HTML （19）    PDF （550KB）（5966）    可视化    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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院士访谈: 向涛谈《中国学科发展战略研究——计算物理学》 刘洁, 黄烁 计算物理    2022, 39 (5): 505-509.   摘要 （694）   HTML （66）    PDF （1119KB）（1898）    可视化           喜闻《中国学科发展战略研究——计算物理学》专辑(以下简称专辑)发行了。这是我国首次在国家自然科学基金委员会(以下简称基金委)和中国科学院(以下简称中科院)共同推动下开展的《计算物理学》学科发展战略研究。专辑分析了计算物理学的学科发展任务和战略地位、学科发展规律和态势，提出了我国计算物理学发展亟待解决的基础科学问题及优先发展方向；针对制约计算物理学发展的关键政策问题，提出了相应的资助机制和政策建议。专辑为科技工作者洞悉学科发展规律、把握前沿领域和重点方向提供了重要线索。应《计算物理》主编江松院士的邀请，专辑编委会主任、中国科学院物理研究所向涛院士接受本刊的独家专题访谈。访谈内容包括向涛院士对于专辑成书的背景及意义的介绍，计算物理学科发展现状，计算物理学发展中所遇到的机遇和挑战，国家科技发展规划中计算物理学的作用，人工智能将会给计算物理带来的影响，以及对青年计算物理学者的寄语和《计算物理》期刊发展建议等方面。现将向涛院士的访谈内容整理后发表，以飨读者。 相关文章 | 多维度评价

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院士访谈: 贺贤土谈建立深度的科学认识及战略科学家的培养 刘洁, 黄烁, 蔡洪波 计算物理    2023, 40 (2): 128-135.   摘要 （354）   HTML （46）    PDF （1075KB）（1648）    可视化    相关文章 | 多维度评价

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量子计算加速的解法器算法及应用综述 许康, 李泽阳, 郭竹丰, 沈颖童, 王威, 缑敏辉, 王子正, 王玉坤, 刘伟峰 计算物理    2024, 41 (1): 131-150.   DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8778 摘要 （602）   HTML （25）    PDF （1957KB）（1524）    可视化    量子计算作为一种基于量子力学原理的全新计算模型, 具有强大的并行性和潜在的颠覆性影响力, 为解决复杂问题提供了新的思路。本文的主要目标是对量子计算在大规模科学与工程计算领域中数值计算问题的解法器算法和应用进行综述。重点介绍量子计算在线性方程组、特征值问题、微分方程、哈密顿量与图计算、量子机器学习、量子解法器平台以及实际数值模拟等领域的具体应用。针对不同的数值计算问题, 详细讨论当前主流的量子计算算法, 并总结近年来国内外相关算法的研究进展。最后, 对量子计算在数值计算求解相关研究方向的未来发展趋势进行展望。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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临近空间核爆炸碎片云运动的数值模拟 刘利, 牛胜利, 朱金辉, 左应红, 谢红刚, 商鹏 计算物理    2022, 39 (5): 521-528.   DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8492 摘要 （521）   HTML （30）    PDF （3546KB）（1512）    可视化    从质量守恒和动量守恒方程出发, 考虑能量耗散、空气密度随高度变化、X射线沉积能量致大气温升和辐射冷却等影响因素, 建立临近空间核爆炸碎片云运动演化的流体力学模型。计算TEAK试验和ORANGE试验碎片云扩展和上升运动, 给出碎片云中心高度、水平半径、上升速度和形状等典型参数的演化, 与实验测量数据基本相符。计算模型可为电离层效应和人工辐射带效应提供缓发辐射源参数。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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Ge掺杂AlN电子和光学性质的第一性原理计算 罗强, 马智炜, 蒋冠臻, 邹江峰, 邱毅 计算物理    2022, 39 (5): 609-616.   DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8483 摘要 （424）   HTML （29）    PDF （6728KB）（1492）    可视化    基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法, 用Ge原子分别替代纤锌矿AlN超晶胞中Al、N原子, 得到其结构、电子及光学性质。结果表明: 掺杂后结构发生了明显的改变, 两种方式的掺杂都使得AlN的晶格常数、体积和沿c轴方向的键长增加, 且晶格常数变化满足维加德(Vegard)定理; Ge原子替换Al原子形成能为5.41eV, Ge原子替换N原子形成能为5.58eV, 两种掺杂方式体系稳定性都低于纯AlN; 掺杂并未引入磁性, 前者引入施主杂质能带, 且杂质能带进入价带, 变为负能隙金属, 后者引入受主杂质能带, 禁带宽度为0.910eV, 两者均远小于本征AlN的禁带宽度4.040eV, 前者导电性显著提高, 后者导电性可能提高; 研究发现两种方式掺杂复折射率函数的虚部在低能区都近似不再为0, 表明两种掺杂都加强了AlN材料对低频电磁波的吸收能力; 前者介电函数虚部在低能区出现了新的波峰, 长波吸收能力更强, 后者在低能区未出现明显波峰, 能量损失均减少。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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不可压缩流的并行两水平稳定有限元算法 朱家莉, 尚月强 计算物理    2022, 39 (3): 309-317.   DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8411 摘要 （270）   HTML （19）    PDF （5666KB）（1368）    可视化    提出一种数值求解定常不可压缩Stokes方程的并行两水平Grad-div稳定有限元算法。首先在粗网格中求解Grad-div稳定化的全局解, 再在相互重叠的细网格子区域上并行纠正。通过对稳定化参数、粗细网格尺寸恰当的选取, 该方法可得到最优收敛率, 数值结果验证了算法的高效性。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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基于遗传注意力机制的DLSTM电力系统混沌预测 卢英东, 韦笃取 计算物理    2022, 39 (3): 371-378.   DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8400 摘要 （287）   HTML （18）    PDF （4468KB）（1304）    可视化    提出一种基于遗传算法优化注意力机制的深度长短期记忆网络(DLSTM)方法，用于电力系统的混沌预测。通过传递共享参数，将遗传算法优化的注意力机制加入DLSTM模型中，可以挖掘时间序列中潜在特征，同时避免陷入局部优化。该方法是一种受进化计算方法启发的寻优方法，可以很好地学习注意力层中的参数。电力系统混沌预测实验表明所提模型比其他参考模型具有更高的预测精度和长期预测能力。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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混合流体-PIC物理建模及其在激光聚变中的应用 蔡洪波, 许育培, 姚沛霖, 张恩浩, 黄翰霄, 朱少平, 贺贤土 计算物理    2023, 40 (2): 159-168.   DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8602 摘要 （118）   HTML （11）    PDF （6420KB）（1304）    可视化    本文探索性地建立混合流体-PIC(particle-in-cell)模拟方法, 电子用无质量的流体描述, 多组分离子用PIC粒子描述; 流体运动通过求解电子磁流体方程组来获得, 电磁场通过求解Ohm定律和Faraday定律来获得。针对激光聚变等离子体条件, 利用混合流体-PIC模拟研究高能量密度条件下冲击波结构及其特性、流体力学界面不稳定性演化的影响等问题。混合流体-PIC物理建模为研究等离子体效应对冲击波和界面不稳定性的影响提供了新的研究手段。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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科学计算的历史与展望 汤涛 计算物理    2023, 40 (1): 4-13.   DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8620 摘要 （633）   HTML （40）    PDF （6919KB）（1302）    可视化    图表 | 相关文章 | 多维度评价

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基于强制进化随机游走算法的质量交换网络综合 马秀宝, 盖照亮, 崔国民, 周志强, 韩新宇, 杨其国 计算物理    2022, 39 (4): 479-490.   DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8465 摘要 （155）   HTML （3）    PDF （1461KB）（1250）    可视化    针对现有质量交换网络优化方法存在的不足, 提出一种适用于质量交换网络综合的强制进化随机游走算法。通过随机增大或减小质量交换器的传质负荷、分流比以及贫流股的流量, 并设置最小阈值实现网络连续和整型变量的同步优化; 通过以较小概率接受差解, 增强结构变异, 使算法更好地兼顾质量交换网络的全局和局部搜索。在2个质量交换网络实例中的应用表明, 优化结果优于文献最优结果, 算法保持了个体的独立进化且具有良好的全局和局部搜索能力。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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基于子网划分的电网关键节点识别 邹艳丽, 谭秫毅, 刘欣妍, 张少泽, 李浩乾 计算物理    2022, 39 (3): 361-370.   DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8398 摘要 （387）   HTML （13）    PDF （5966KB）（1243）    可视化    结合电网拓扑结构和潮流追踪技术，提出一种基于子网划分的电网关键节点识别方法。首先，根据发电机节点的邻域信息和功率将发电机节点划分为不同的子集，然后根据电网的系数分配矩阵将负荷节点划分到为其提供最大功率的发电机节点子集中，完成子网划分。接着采用多属性决策法对每个子网的节点进行排序，进一步改进并计算每个子网的结构系数，作为衡量子网重要性的指标。根据子网重要性，从每个子网中提取特定比例的候选关键节点，对这些候选节点依据多属性决策法重新排序，得到关键节点的最终排序。以IEEE14、IEEE57和IEEE118三种节点系统为例进行分析，得到各个系统的子网划分结果和各个标准网络的重要节点排序结果。采用本文方法、PageRank法和多属性决策法分别进行关键节点排序，并对排序靠前的关键节点进行级联故障性能实验和网络效能实验。实验表明，本文算法选择的关键节点对整个网络的传播性能影响最大，优于其他两种关键节点识别方法。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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一种适用于磁流体力学切向间断的HLLC黎曼算子 习心悦, 郭孝城, 王赤 计算物理    2022, 39 (3): 286-296.   DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8426 摘要 （342）   HTML （15）    PDF （5394KB）（1223）    可视化    磁场的存在使得磁流体力学特征波模不同于流体力学, 因此直接由流体力学HLLC黎曼算子导出的HLLC双中间态在交界的间断面会出现不守恒的问题。通常降级采用HLL单磁场中间态代替HLLC双磁场中间态以实现守恒和计算稳定, 代价是切向间断的模拟精度不足。本文对此进行改进, 在模拟切向间断时仍然保留原有的HLLC双磁场中间态, 同时各守恒量仍然能够满足Toro相容条件; 改进型HLLC算子在间断两侧的磁场分量存在差异, 因此能够更精确还原切向间断面。基于数值测试, 包括一维激波管和切向间断的时变模拟, 以及地球磁层三维数值模拟, 将模拟结果进行对比, 结果表明: 相比于已发展的HLLC算子, 改进型HLLC算子对切向间断具有更好的捕捉精度, 能够达到或接近耗时更多的HLLD算子的模拟精度。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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扩散界面形式下一种节约时间步的质量分数混合模型 吴宗铎, 严谨, 宗智, 庞建华 计算物理    2022, 39 (5): 510-520.   DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8453 摘要 （252）   HTML （39）    PDF （2128KB）（1216）    可视化    研究扩散形式的界面处理中混合物模型的处理方式对计算的影响。为了让界面的处理既简便又具有较强的适应性, 选用Mie-Grüneisen混合模型, 对原有基于体积分数的混合物模型进行改进。改进后的混合物模型, 以质量分数为色函数, 并利用流场中介质的密度完成对声速计算的优化。对声速的优化后, 可以在收敛机制下缩短时间步的数量, 提高计算效率。同时, 限制器的引入有助于使压力曲线变得稳定。数值算例证明, 改进后的质量分数模型, 能在多种计算格式下实现时间步数的降低。时间步数减少的幅度取决于物理条件。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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自旋相关光晶格中玻色-爱因斯坦凝聚体的基态 吴丽媛, 张素英 计算物理    2022, 39 (5): 617-623.   DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8478 摘要 （305）   HTML （7）    PDF （8174KB）（1205）    可视化    基于Gross-Pitaevskii方程数值研究自旋相关光晶格势和无限深势阱的联合势阱中玻色-爱因斯坦凝聚体的基态密度分布。重点讨论产生自旋相关光晶格势的两束激光传播方向和波数之比(l)对基态密度分布的影响。在两束激光的波数较小, 两束光相向传播, 且l < 2时, 两分量的基态密度条纹都是连续的, l≥2时, 两分量的基态密度均出现不连续条纹。两束光垂直传播时, 随着l的增大, 组分1的基态密度从连续条纹逐渐转变为不连续条纹, 组分2则正好相反。基态密度条纹数随着波数的增加而增多, 但涡旋个数保持不变。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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外电场下CHBr3分子的光谱和解离特性 乃皮赛·吾买尔江, 闫好奎, 布玛丽亚·阿布力米提, 王丹琦, 向梅, 安桓 计算物理    2022, 39 (5): 624-630.   DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8502 摘要 （264）   HTML （9）    PDF （1379KB）（1201）    可视化    利用密度泛函理论在B3LYP/6-311G++(d, p)基组上优化和计算分析三溴甲烷分子处于外电场中的基态稳定构型, 包括分子结构、总能量、偶极矩、键长、电荷分布、轨道能级、红外光谱和拉曼光谱及解离势能曲线等。结果表明: 随着Y轴(平行于1C-4Br连线)方向外电场的增加(0a.u.~0.02a.u.), 分子总能量减小, 1C-4Br键键长增大, 分子偶极矩增大, 分子能隙逐渐减小, 分子红外光谱呈现蓝移。对解离势能曲线的计算分析发现, 强度为0.02a.u.的外电场使得1C-4Br键断裂而降解, 为三溴甲烷进行外电场降解提供参考依据。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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可压缩黏性圆射流稳定性分析 张华, 杨明慧 计算物理    2022, 39 (5): 529-536.   DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8479 摘要 （269）   HTML （11）    PDF （1051KB）（1187）    可视化    基于线性稳定性理论, 得到空间模式下的可压缩黏性液体圆射流自由表面扰动发展的色散方程, 并对色散方程进行验证。研究表明: 液体可压缩性在射流的分裂与雾化过程中所起到的不稳定作用很小, 随着液体马赫数的增大, 扰动波的最大增长率基本不变; 气体可压缩性对射流的不稳定作用随气体马赫数的增大而增大。黏滞力和表面张力对射流的稳定作用分别随雷诺数和韦伯数的增大逐渐减小; 气动力对射流的不稳定作用随气液密度比的增大基本不变。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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半导体器件数值模拟中电子连续性方程的求解算法 胡毅, 安恒斌 计算物理    2023, 40 (5): 570-582.   DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8656 摘要 （267）   HTML （13）    PDF （1063KB）（1181）    可视化    针对电子连续性方程的离散代数方程组, 对离散线性系统的矩阵进行分析, 得到矩阵的三类特点; 针对大规模电子连续性方程的离散方程组, 采用预处理Krylov子空间方法进行求解, 并比较和分析几类预处理方法的效果。结果表明: 代数多重网格(AMG)预处理Krylov子空间方法在求解离散电子连续性方程方面非常有效。开展AMG预处理Krylov子空间方法求解离散电子连续性方程的大规模并行可扩展性测试, 比较和分析了AMG方法中三类关键算法参数的选取。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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温稠密物质状态方程的路径积分蒙特卡罗方法研究进展 颜子翔, 康炜, 张维岩, 贺贤土 计算物理    2023, 40 (2): 258-274.   DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8599 摘要 （60）   HTML （12）    PDF （4085KB）（1173）    可视化    首先对路径积分蒙特卡罗(PIMC)方法的基本原理进行详细介绍, 重点综述该方法处理费米系统的手段。然后对PIMC方法在计算多种体系的状态方程所取得的成果进行总结比较, 分析该方法的优点与不足。最后对PIMC方法未来的发展方向做出展望。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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Al纳米线不同晶向力学行为和变形机制的模拟 侯兆阳, 牛媛, 肖启鑫, 王真, 邓庆田 计算物理    2022, 39 (3): 341-351.   DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8433 摘要 （289）   HTML （14）    PDF （14775KB）（1172）    可视化    采用分子动力学模拟计算方法，考察具有较高层错能的Al纳米线沿不同晶向的力学行为和变形机制。在相同计算条件下与具有较低层错能的Ni、Cu、Au和Ag等FCC金属纳米线进行比较。结果表明：在力学行为方面，Al纳米线的弹性模量呈现明显的结构各向异性，满足E[111] > E[110] > E[100]的关系，这一关系在FCC金属纳米线中普遍成立；Al纳米线的屈服应力随晶向呈现σy[100] > σy[111] > σy[110]的关系，这一关系在具有较低层错能的FCC金属纳米线中不具有普遍性，这与体系中位错形成机制密切相关。根据拉伸变形过程微观结构的演变规律，阐明Al纳米线不同晶向的变形机制，并与具有较低层错能的Ni、Cu、Au和Ag等FCC金属纳米线的变形机制进行比较。结果表明，对于尺度较小的高层错能Al纳米线，Schmid因子和广义层错能均难以准确预测其变形机制。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价