凝聚态物理 > 软凝聚态物理
[提交于 2023年11月1日
(v1)
,最后修订 2024年3月31日 (此版本, v2)]
标题: 微尺度最优控制的普遍对称性
标题: Universal symmetry of optimal control at the microscale
摘要: 优化驱动过程的能量效率为理解基本物理提供了有价值的见解,并在从生物过程到机器和机器人设计的众多应用中具有关键重要性。在微尺度上,了解最优驱动协议尤其有价值,因为在该尺度上能量供应通常有限。在这里,我们实验和理论上研究了在有限时间和给定距离内移动承载负载的势能的典型优化问题,以使所需功最小。考虑周围流体中的记忆效应是向更现实系统迈进的重要一步,这在现实应用中是普遍存在的。因此,我们的实验是在粘性和粘弹性介质中进行的,这些是微尺度上合成和生物过程的典型环境。尽管两种流体中的协议存在显著差异,但我们发现最优控制协议和相应的平均粒子轨迹始终遵循时间反演对称性。我们表明,这种对称性出人意料地适用于远离热平衡的一类过程,在各种系统中都普遍成立,包括活性、颗粒和长程关联介质在其线性区域。揭示的对称性为最优控制提供了一个严格且通用的标准,大大促进了在广泛系统中寻找节能传输策略的搜索。使用机器学习算法,我们证明了对时间反演对称性的算法利用可以显著提高数值优化算法的性能。
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