在扰动环境下，成群质和自我组织关键性（SoC）可能有助于鲁棒计算。在临界状态下在计算系统中实现逻辑门是研究弥撒和SOC的作用的有趣方式之一。在这里，我们研究了蜂窝自动机，生命游戏（GL），异步更新和实现概率逻辑门的行为，通过使用异步GL来实现概率逻辑门。我们发现异步G1显示相变，即1衰减的状态的密度在关键点处衰减，并且临界点处的系统具有异步GL中最多的可计算性。我们在异步GL中实现和或键入临界，显示出良好的性能。由于调整扰动在操作逻辑门中发挥着重要作用，我们的研究揭示了概率逻辑门中操纵与扰动之间的干扰。

有证据表明，诸如大脑之类的生物系统在噪声方面的临界状态稳健，因此能够在扰动下保持其中。在这项工作中，我们解决了关键系统对噪声的鲁棒性问题。特别是，我们研究了临界时随机细胞自动机（CA）的鲁棒性。随机CA是显示关键性的最简单随机模型之一。随机CA的过渡状态是通过一组概率来定义的。我们系统地扰动已知会产生关键行为的最佳随机CA的概率，我们报告说，这样的CA能够保持在一定程度的噪声中的关键状态。我们使用所得幂律拟合的误差指标（例如Kolmogorov-Smirnov统计量和Kullback-Leibler Divergence）介绍了结果。我们讨论了我们的结果在未来实现脑启发的人工智能系统的意义。

神经网络是与动态计算的动态系统。一个示例是Hopfield模型，形成一个关联存储器，其将模式存储为网络动态的全局吸引子。根据动态网络的研究众所周知，局部吸引子也存在。然而，它们尚未用于计算范例。在这里，我们表明阈值网络中的局部吸引子可以导致通用计算。我们开发了一种重新兴奋算法，该算法在生物学启发的二维阈值网络中构建通用布尔门，随机放置和使用基于碰撞的计算连接的节点。我们的目标是通过通过这些本地激活创建简单的布尔门，展示计算能力和控制本网站中的局部极限循环吸引子的能力。盖茨使用滑翔机枪，即定期产生通过空间传播的活动的“滑翔机”的本地化活动。几个这样的滑翔机碰撞，并且它们的交互结果用作布尔门的输出。我们表明这些门可用于构建通用计算机。

经常性神经网络（RNNS）是强大的动态模型，广泛用于机器学习（ML）和神经科学。之前的理论作品集中在具有添加剂相互作用的RNN上。然而，门控 - 即乘法 - 相互作用在真神经元中普遍存在，并且也是ML中最佳性能RNN的中心特征。在这里，我们表明Gating提供灵活地控制集体动态的两个突出特征：i）时间尺寸和ii）维度。栅极控制时间尺度导致新颖的稳定状态，网络用作灵活积分器。与以前的方法不同，Gating允许这种重要功能而没有参数微调或特殊对称。门还提供一种灵活的上下文相关机制来重置存储器跟踪，从而补充存储器功能。调制维度的栅极可以诱导新颖的不连续的混沌转变，其中输入将稳定的系统推向强的混沌活动，与通常稳定的输入效果相比。在这种转变之上，与添加剂RNN不同，关键点（拓扑复杂性）的增殖与混沌动力学的外观解耦（动态复杂性）。丰富的动态总结在相图中，从而为ML从业者提供了一个原理参数初始化选择的地图。

量子点（QDS）阵列是一个有前途的候选系统，实现可扩展的耦合码头系统，并用作量子计算机的基本构建块。在这种半导体量子系统中，设备现在具有数十个，必须仔细地将系统仔细设置为单电子制度并实现良好的Qubit操作性能。必要点位置的映射和栅极电压的电荷提出了一个具有挑战性的经典控制问题。随着QD Qubits越来越多的QD Qubits，相关参数空间的增加充分以使启发式控制不可行。近年来，有一个相当大的努力自动化与机器学习（ML）技术相结合的基于脚本的算法。在这一讨论中，我们概述了QD器件控制自动化进展的全面概述，特别强调了在二维电子气体中形成的基于硅和GaAs的QD。将基于物理的型号与现代数值优化和ML相结合，证明在屈服高效，可扩展的控制方面已经证明非常有效。通过计算机科学和ML的理论，计算和实验努力的进一步整合，在推进半导体和量子计算平台方面具有巨大的潜力。

The applicability of computational models to the biological world is an active topic of debate. We argue that a useful path forward results from abandoning hard boundaries between categories and adopting an observer-dependent, pragmatic view. Such a view dissolves the contingent dichotomies driven by human cognitive biases (e.g., tendency to oversimplify) and prior technological limitations in favor of a more continuous, gradualist view necessitated by the study of evolution, developmental biology, and intelligent machines. Efforts to re-shape living systems for biomedical or bioengineering purposes require prediction and control of their function at multiple scales. This is challenging for many reasons, one of which is that living systems perform multiple functions in the same place at the same time. We refer to this as "polycomputing" - the ability of the same substrate to simultaneously compute different things. This ability is an important way in which living things are a kind of computer, but not the familiar, linear, deterministic kind; rather, living things are computers in the broad sense of computational materials as reported in the rapidly-growing physical computing literature. We argue that an observer-centered framework for the computations performed by evolved and designed systems will improve the understanding of meso-scale events, as it has already done at quantum and relativistic scales. Here, we review examples of biological and technological polycomputing, and develop the idea that overloading of different functions on the same hardware is an important design principle that helps understand and build both evolved and designed systems. Learning to hack existing polycomputing substrates, as well as evolve and design new ones, will have massive impacts on regenerative medicine, robotics, and computer engineering.

离散基因监管网络（GRNS）在鲁棒性和模块化的研究中起着至关重要的作用。评估GRNS稳健性的常见方法是测量它们调节一组扰动基因激活图案回到其未受干扰的形式的能力。通常，通过收集通过基因激活模式的预定分布产生的随机样品来获得扰动。这种采样方法引入了随机性，否定动态。这种动态施加在已经复杂的健身景观之上。因此，在使用采样的情况下，重要的是要理解哪种效果来自健身景观的结构，并且从施加的动力学产生。健身功能的随机性也会导致重现性和实验后分析中的困难。通过考虑基因活性模式的完全分布，我们制定确定性分布适应性评估，以避免适应性评估中的随机性。这种健身评估有助于重复性。其确定性允许我们在健身上确定理论界，从而确定算法是否达到了全局最优。它使我们能够将问题域与嘈杂的健身评估的影响区分开来，从而解决〜\ CiteT {espinosa2010Specialization}问题领域的行为中的两个剩余异常。我们还揭示了解决方案GRNS的一些属性，使它们具有稳健和模块化，导致对问题域的性质更深入了解。我们通过讨论潜在的方向来模拟和理解较大，更复杂的域中的模块化的出现，这是产生更有用的模块化解决方案的关键，并理解生物系统中的模块化的难以。

即使自上古以来就已经使用了类似于出现的概念，我们也缺乏商定的定义。但是，出现已被确定为复杂系统的主要特征之一。大多数人会同意``生活很复杂''的说法。因此，理解出现和复杂性应受益于生活系统的研究。可以说，生命来自复杂分子的相互作用。但是，了解生活系统有多么有用？近几十年来，已经开发了人工生命（Alife），以使用合成方法来研究生活：建立它以理解它。 Alife系统并不那么复杂，无论是柔软的（模拟），硬（机器人）或湿（原始的）。然后，我们可以首先了解Alife中的出现，因为然后在生物学上使用这种知识。我认为，要了解出现和生活，将信息用作框架变得有用。从一般意义上讲，我将出现定义为一个不存在的信息，而这些信息是一个规模，但在另一个规模上存在。该观点避免了从唯物主义框架研究出现的问题，并且在研究自组织和复杂性方面也可能有用。

在当前的嘈杂中间尺度量子（NISQ）时代，量子机学习正在成为基于程序门的量子计算机的主要范式。在量子机学习中，对量子电路的门进行了参数化，并且参数是根据数据和电路输出的测量来通过经典优化来调整的。参数化的量子电路（PQC）可以有效地解决组合优化问题，实施概率生成模型并进行推理（分类和回归）。该专着为具有概率和线性代数背景的工程师的观众提供了量子机学习的独立介绍。它首先描述了描述量子操作和测量所必需的必要背景，概念和工具。然后，它涵盖了参数化的量子电路，变异量子本质层以及无监督和监督的量子机学习公式。

量子计算是量子物理学的迷人研究领域。最近的进展激励我们在深度研究通用量子计算模型（UQCM），它位于量子计算的基础上，并与基本物理有紧密的连接。虽然已经发展到几十年前，但仍然缺乏含有形式化和理解UQCM的物理上简洁的原则或图片。考虑到静止新兴模型的多样性，但重要的是要了解经典和量子计算之间的差异很重要。在这项工作中，我们通过将其中几个类别分类为两类来进行统一uqcm的主要尝试，从而制作模型表。通过这样的表格，一些已知的模型或方案显示为杂交或模型的组合，更重要的是，它还导致尚未探讨的新方案。我们对UQCM的研究也导致了一些洞察量子算法。这项工作揭示了计算模型系统研究的重要性和可行性。

近年来，机器学习的巨大进步已经开始对许多科学和技术的许多领域产生重大影响。在本文的文章中，我们探讨了量子技术如何从这项革命中受益。我们在说明性示例中展示了过去几年的科学家如何开始使用机器学习和更广泛的人工智能方法来分析量子测量，估计量子设备的参数，发现新的量子实验设置，协议和反馈策略，以及反馈策略，以及通常改善量子计算，量子通信和量子模拟的各个方面。我们重点介绍了公开挑战和未来的可能性，并在未来十年的一些投机愿景下得出结论。

基因调节网络是负责确定蛋白质和肽生产水平的生物生物体相互作用的网络。蛋白质是细胞工厂的工人，其生产定义了细胞及其开发的目标。已经进行了各种尝试来建模此类网络，以更好地了解这些生物系统，并利用了解它们的灵感来解决计算问题。在这项工作中，提出了一个针对基因调节网络的生物学上更现实的模型，该模型结合了细胞自动机和人工化学，以模拟称为转录因子和基因调节位点的调节蛋白之间的相互作用。这项工作的结果表明，复杂的动力学接近自然界中可以观察到的东西。在这里，对系统的初始状态对产生的动力学的影响进行了分析，这表明可以将这种可转化的模型针对产生所需的蛋白质动力学。

量子计算有可能彻底改变和改变我们的生活和理解世界的方式。该审查旨在提供对量子计算的可访问介绍，重点是统计和数据分析中的应用。我们从介绍了了解量子计算所需的基本概念以及量子和经典计算之间的差异。我们描述了用作量子算法的构建块的核心量子子程序。然后，我们审查了一系列预期的量子算法，以便在统计和机器学习中提供计算优势。我们突出了将量子计算应用于统计问题的挑战和机遇，并讨论潜在的未来研究方向。

神经形态工程由于其作为研究领域的巨大潜力而​​集中了大量研究人员的努力，以寻找对生物神经系统的优势的利用，而整个大脑的优势是设计更有效，更真实的 - 有能力的应用程序。为了开发尽可能接近生物学的应用，使用了尖峰神经网络（SNN），被认为是生物学上的，并构成了第三代人工神经网络（ANN）。由于某些基于SNN的应用程序可能需要存储数据才能以后使用，因此在数字电路中既存在，又以某种形式，在生物学中，需要尖峰内存。这项工作介绍了内存的尖峰实现，这是计算机架构中最重要的组件之一，在设计完全尖峰计算机时可能至关重要。在设计这种尖峰内存的过程中，还实施了不同的中间组件和测试。测试是在大三角帆神经形态平台上进行的，并允许验证用于构建所构图的方法。此外，这项工作深入研究了如何使用这种方法构建尖峰块，并包括IT和其他类似作品中使用的方法的比较，该作品着重于尖峰组件的设计，其中包括尖峰逻辑门和尖峰记忆。所有实施的块和开发的测试均可在公共存储库中提供。

作为行业4.0时代的一项新兴技术，数字双胞胎因其承诺进一步优化流程设计，质量控制，健康监测，决策和政策制定等，通过全面对物理世界进行建模，以进一步优化流程设计，质量控制，健康监测，决策和政策，因此获得了前所未有的关注。互连的数字模型。在一系列两部分的论文中，我们研究了不同建模技术，孪生启用技术以及数字双胞胎常用的不确定性量化和优化方法的基本作用。第二篇论文介绍了数字双胞胎的关键启示技术的文献综述，重点是不确定性量化，优化方法，开源数据集和工具，主要发现，挑战和未来方向。讨论的重点是当前的不确定性量化和优化方法，以及如何在数字双胞胎的不同维度中应用它们。此外，本文介绍了一个案例研究，其中构建和测试了电池数字双胞胎，以说明在这两部分评论中回顾的一些建模和孪生方法。 GITHUB上可以找到用于生成案例研究中所有结果和数字的代码和预处理数据。

我们表明，细胞自动机可以通过诱导动态相共存形式来对数据进行分类。我们使用蒙特卡洛方法搜索一般的二维确定性自动机，该自动机根据活动对图像进行分类，即从图像引发的轨迹中发生的状态变化的数量。当自动机的时间段数量是可训练的参数时，搜索方案确定了自动机，该自动机会根据初始条件，生成一个动态轨迹群体显示出较高或低活动的动态轨迹。这种性质的自动机的表现为非线性激活功能，其输出有效二进制，类似于尖峰神经元的新兴版本。

在本文中，我们考虑了与未知（或部分未知），非平稳性，潜在的嘈杂和混乱的时间演变相关的机器学习（ML）任务，以预测临界点过渡和长期尖端行为动力系统。我们专注于特别具有挑战性的情况，在过去的情况下，过去的动态状态时间序列主要是在状态空间的受限区域中，而要预测的行为会在ML未完全观察到的较大状态空间集中演变出来训练期间的模型。在这种情况下，要求ML预测系统能够推断出在训练过程中观察到的不同动态。我们研究了ML方法在多大程度上能够为此任务完成有用的结果以及它们失败的条件。通常，我们发现即使在极具挑战性的情况下，ML方法也出奇地有效，但是（正如人们所期望的）``需要``太多''的外推。基于科学知识的传统建模的ML方法，因此即使单独采取行动时，我们发现的混合预测系统也可以实现有用的预测。我们还发现，实现有用的结果可能需要使用使用非常仔细选择的ML超参数，我们提出了一个超参数优化策略来解决此问题。本文的主要结论是，基于ML （也许是由于临界点的穿越）包括在训练数据探索的集合中的动态。

我们开发了一种多尺度方法，以从实验或模拟中观察到的物理字段或配置的数据集估算高维概率分布。通过这种方式，我们可以估计能量功能（或哈密顿量），并有效地在从统计物理学到宇宙学的各个领域中生成多体系统的新样本。我们的方法 - 小波条件重新归一化组（WC-RG） - 按比例进行估算，以估算由粗粒磁场来调节的“快速自由度”的条件概率的模型。这些概率分布是由与比例相互作用相关的能量函数建模的，并以正交小波为基础表示。 WC-RG将微观能量函数分解为各个尺度上的相互作用能量之和，并可以通过从粗尺度到细度来有效地生成新样品。近相变，它避免了直接估计和采样算法的“临界减速”。理论上通过结合RG和小波理论的结果来解释这一点，并为高斯和$ \ varphi^4 $字段理论进行数值验证。我们表明，多尺度WC-RG基于能量的模型比局部电位模型更通用，并且可以在所有长度尺度上捕获复杂的多体相互作用系统的物理。这是针对反映宇宙学中暗物质分布的弱透镜镜头的，其中包括与长尾概率分布的长距离相互作用。 WC-RG在非平衡系统中具有大量的潜在应用，其中未知基础分布{\ it先验}。最后，我们讨论了WC-RG和深层网络体系结构之间的联系。

当我们继续找到当前可用的嘈杂设备比其经典配音具有优势的应用程序时，高效利用量子资源是非常可取的。提出了量子自动编码器的概念，是压缩量子信息以减少资源需求的一种方式。在这里，我们提出了一种使用进化算法来设计量子自动编码器的策略，以将量子信息转换为较低维表示。我们成功地证明了该算法在压缩量子状态的不同家族中的初始应用。特别是，我们指出，使用算法中的限制门设置可以有效地模拟生成的电路。这种方法可以使用更少的计算资源来使用经典逻辑来找到量子数据的低表示。

传输定时变化（TTV）可以提供用于通过运输观察的系统的有用信息，因为它们允许我们对观察到的行星的质量和偏心的限制，甚至限制存在非过转化伴侣的存在。然而，TTV也可以用作检测偏压，可以防止在运输调查中检测小行星，否则将被标准算法（如盒装最小二乘算法（BLS）检测到）如果它们的轨道没有扰乱。这种偏差特别存在于具有长基线的调查，例如开普勒，其中一些苔丝扇区以及即将到来的柏拉图任务。在这里，我们介绍了一种对大型TTV的稳健的检测方法，并通过恢复和确认围绕开普勒-1705的十个TTV的一对谐振超级地球来说明其使用。该方法基于培训的神经网络，以恢复河图中的低信噪比比（S / N）扰动行星的轨道。我们通过拟合光线曲线来恢复这些候选人的传输参数。电孔-1705b和c的各个运输S / n大约比具有3小时或更长时间的所有先前已知的行星低的三倍，推动这些小型动态活动行星的恢复中的边界。恢复这种类型的物体对于获得观察到的行星系统的完整图谱是必不可少的，并且解决在外产群体的统计研究中不经常考虑的偏差。此外，TTV是获得质量估计的方法，这对于研究通过过境调查发现的行星的内部结构是必不可少的。最后，我们表明，由于强大的轨道扰动，开普勒-1705的外谐振行星的旋转可能被捕获在子或超级同步的旋转轨道共振中。