Quantum Simulator for Transport Phenomena in Fluid Flows

Transport phenomena still stand as one of the most challenging problems in computational physics. By exploiting the analogies between Dirac and lattice Boltzmann equations, we develop a quantum simulator based on pseudospin-boson quantum systems, which is suitable for encoding fluid dynamics transport phenomena within a lattice kinetic formalism. It is shown that both the streaming and collision processes of lattice Boltzmann dynamics can be implemented with controlled quantum operations, using a heralded quantum protocol to encode non-unitary scattering processes. The proposed simulator is amenable to realization in controlled quantum platforms, such as ion-trap quantum computers or circuit quantum electrodynamics processors.

Fatores de risco para infecções hospitalares em crianças críticas

O objetivo desta tese foi avaliar a influências da exposição a diversos fatores de risco e ocorrência de infecção hospitalar (IH) e examinar fatores de risco relacionados às pneumonias associadas ao uso de ventilador mecânico (PAV) em crianças críticas. Usamos os métodos de estudo prospectivo envolvendo uma coorte de 268 crianças menores de três anos, realizado em unidade de pacientes graves, de janeiro de 1997 e setembro de 2000. Aplicou-se técnica de regressão de Poisson para estimar razões de risco e estratégia de abordagem hierárquica para identificar fatores de risco associados à IH. Apenas para 179 crianças críticas que usaram ventilador mecânico, aplicou-se a regressão de Cox para estimar razões de risco e identificar fatores de risco associados à PAV. Os resultados apresentaram 74 infecções hospitalares diagnosticadas no total, com taxa de incidência de 48,1 IH por 1000 pacientes-dia. Foi determinante para ocorrência de infecção hospitalar, idade superior a dois anos (Razão de Risco) [RR]: 2,66; intervalo de confiança [IC]: 95%: 1,46-4,58), uso de sonda vesical (RR: 2,92; IC 95%: 1,47-5,80), uso de nutrição parenteral (RR: 1,90; IC 95%: 1,15-3,13), realização de broncoscopia (RR: 1,84; IC 95%: 1,03-3,27), tempo de exposição ao cateter vascular central (RR: 2,36; IC 95%: 1,18-4,71) e ao ventilador mecânico (RR: 1,72; IC 95%: 0,94-3,15). Observou-se PAV em 29 crianças (16,3%), com taxa de incidência de 29,3 casos por 1000 dias de ventilação mecânica (IC 95%: 20,34-42,11), dos quais 50% dos eventos ocorreram até o quinto dia de ventilação. A taxa de risco diária aumentou até um máximo de 2,3%, observada no 7 dia de ventilação, e reduziu a partir daí. Foram fatores de risco para PAV na análise multivariada hierarquizada, idade acima de 1 ano (RR: 3,49; IC 95%; 1,64-7,45), cirurgia do aparelho digestivo (RR: 5,05; IC 95%; 2,17-11,78) e nutrição parenteral (RR: 2,68; IC 95%: 1,24-5,8). /exposição a antibióticos antes da internação conferiu proteção (RR: 0,29; IC 95%: 0,13-0,66). Concluímos que os resultados encontrados neste estudo indicam que a influência do tempo de exposição é determinante para a ocorrência de infecções hospitalares e está associado aos processos de cuidados do paciente crítico. Políticas institucionais direcionadas ao controles e prevenção das IH devem fazer de estratégias fundamentais para a qualidade da assistência e segurança do paciente internado. Vigilância de Saúde Pública e componentes longitudinais de estudo de fatores de risco para infecções hospitalares e para pneumonias associadas ao ventilador podem ajudar avaliar prognósticos e planejar e testar medidas preventivas, concentrando-se esforços na primeira semana de ventilação.

Fatores associados à positividade da intradermorreação de Montenegro em Teresina, Piauí

A leishmaniose visceral americana (LVA) ou Calazar é um exemplo de doença infecciosa reemergente, cuja urbanização a uma das principais marcas da alteração de seu padrão epidemiológico de ocorrência. No Brasil, a infecção por L. chagasi tem se comportado de forma epidêmica em diversas regiões e as estratégias de controle não tem sido efetivas na contenção da propagação da doença. Para melhor compreensão deste processo, estudaram-se associações da imunidade tardia, medida por meio do teste de intradermorreação de Montenegro (IDRM), com fatores demográficos, sociais, econômicos e ambientais em área urbana com alta forca de transmissão. A análise dos dados foi feita tendo como base o modelo de regressão de Poisson ajustado pelo qui-quadrado, onde foram calculadas as razões de prevalência (RP) e seus respectivos intervalos de 95% de confiança (IC). Foi detectada maior prevalência da positividade a IDRM para o sexo masculino (RP = 1,32 IC: 1,11 1,56), com o aumento da idade (RP = 1,18 IC: 1,10 1,26), com a posse de cao por período de três anos ou mais (RP = 1,26 IC: 1,01 1,56) e com presença de fossa rudimentar no domicilio (RP = 1,33 IC: 0,99 1,77). Indivíduos com maior escolaridade (RP = 0,81 IC; 0,66 0,99), convivendo com três ou mais pessoas no domicilio (RP = 0,66 IC; 0,47 0,93), com história de Calazar no domicílio (RP = 0,40 IC: 0,16 0,99) e com parede com tijolo sem reboco (RP= 0,79 IC: 0,64 0,98) apresentaram prevalências mais baixas mostrando possível proteção infecção anterior. Os resultados obtidos podem contribuir para o melhor entendimento do dinamismo da doença em contexto urbano, permitindo melhor direcionamento das estratégias de intervenção.

Fatores associados à não realização do Exame Papanicolau: estudo transversal de base populacional em duas capitais brasileiras

O câncer do colo do útero corresponde a cerca de 15% de todos os tipos de câncer em mulheres, no mundo. No Brasil, em 2002, o câncer de colo do útero foi responsável por 7,1% de todas as mortes por câncer em mulheres, ocupando a quarta posição entre os demais. Para o mesmo ano, a taxa de mortalidade por câncer do colo do útero ajustada por idade, pela população padrão mundial, foi de 5,03/100.000. Já as taxas de incidência ajustadas por idade variaram entre 14,3 por 100.000 mulheres em Salvador e 50,7 por 100.000 mulheres no Distrito Federal, para o período compreendido entre 1991 e 2001. O câncer do colo do útero inicia-se a partir de uma lesão pré-invasiva, curável em até 100% dos casos, que geralmente progride lentamente, por anos, antes de atingir o estágio invasor da doença, quando a cura se torna mais difícil, quando não impossível. A abordagem mais efetiva para o controle do câncer do colo do útero continua sendo o rastreamento por meio do exame preventivo de Papanicolaou. O objetivo deste estudo foi identificar fatores associados à não realização do exame de Papanicolaou em mulheres de 25 a 59 anos nos três anos anteriores à pesquisa, nos municípios de Fortaleza e Rio de Janeiro. Para cada localidade foi utilizado o delineamento transversal, de base populacional com amostragem por conglomerados com dois estágios de seleção e auto-ponderada. Os dados foram analisados por regressão de Poisson obedecendo a um modelo hierárquico previamente determinado. O percentual de mulheres não submetidas ao exame de Papanicolaou nos três anos anteriores à pesquisa, em Fortaleza e no Rio de Janeiro, foi de 19,1% (IC95%: 16,1-22,1) e 16,5% (IC95%: 14,1-18,9), respectivamente. Mulheres de baixa escolaridade, de menor renda per capita, de maior idade, não casadas, não submetidas a mamografia, ao exame clínico das mamas, aos exames de glicemia e colesterolemia foram as que apresentaram as maiores de razões de prevalências para a não realização do exame de Papanicolaou, em ambas as localidades. As fumantes foram menos submetidas ao exame em relação às demais mulheres, sendo essa diferença estatisticamente significativa somente no Rio de Janeiro. Finalmente, as informações aqui apresentadas apontam para a necessidade de intervenção em um grupo específico de mulheres. Deve-se priorizar atividades de educação para o diagnóstico precoce e rastreamento em mulheres sintomáticas e assintomáticas, respectivamente, além da garantia de acesso aos métodos de diagnóstico e tratamento adequados.

Determinação por ultrassom de constantes elásticas de pastilhas de alumina utilizadas em varetas combustíveis de reatores nucleares.

Pastilhas de dióxido de urânio (UO2) são empregadas como combustível nos reatores nucleares de potência, onde as condições operacionais introduzem elevados gradientes térmicos nas pastilhas. Potências elevadas propiciam a fusão da parte central das pastilhas. O inchamento das pastilhas de dióxido de urânio (UO2), decorrente dos produtos de fissão, pode causar o trincamento do material, em função disso, o estudo do seu comportamento mecânico é importante. Esse trabalho avaliou a aplicação de método ultrassônico na obtenção de constantes elásticas. Em função das dificuldades no manuseio do material nuclear, optou-se por um estudo comparativo em pastilhas de alumina (Al2O3). Foram fabricados e usados dois conjuntos de 10 pastilhas de Al2O3 com densidades de 92% e 96%. Foi desenvolvida técnica ultrassônica por transmissão obtendo medidas do tempo de percurso de ondas ultrassônicas, longitudinais e transversais, usadas para a determinação das constantes elásticas do material. Equações relacionando a velocidade da onda ultrassônica ao módulo de elasticidade, módulo de cisalhamento e coeficiente de Poisson, permitiram obter essas constantes elásticas, que apresentaram excelente concordância com a literatura disponível para o Al2O3.

Condições de vida e mortalidade por doenças cardiovasculares na área de influência do Complexo Petroquímico do Estado do Rio de Janeiro - COMPERJ.

O objetivo desta tese foi identificar e caracterizar áreas com altas taxas de mortalidade por doenças do aparelho circulatório (DAC) e seus dois principais subgrupos de causas: as doenças isquêmicas do coração (DIC) e as doenças cerebrovasculares (DCV), entre os anos de 2008 e 2012 na área de influência do complexo petroquímico do estado do Rio de Janeiro COMPERJ, por meio de métodos estatísticos e sistemas de informações geográficas (SIG). Os resultados da investigação são apresentados na forma de dois manuscritos. O primeiro objetivou descrever o perfil da distribuição espacial da mortalidade por (DAC), caracterizar e predizer territórios com maior risco de morte por esta causa, com base em classificação das unidades espaciais por indicador de qualidade urbana (IQUmod). A análise multivariada foi realizada por meio do método conhecido como árvore de decisão e regressão, baseado em algoritmo CART para a obtenção do modelo preditivo para UVLs com diferentes riscos de mortalidade por DAC. O modelo desenvolvido foi capaz de discriminar sete conjuntos de UVLs, com diferentes taxas médias de mortalidades. O subconjunto que apresenta a maior taxa média (1037/100 mil hab.) apresenta 3 UVLs com mais de 75% de seus domicílios com abastecimento de água inadequado e valor de IQUmod acima de 0.6. Conclui-se que na área de influência do COMPERJ existem áreas onde a mortalidade por DAC se apresenta com maior magnitude e que a identificação dessas áreas pode auxiliar na elaboração, diagnóstico, prevenção e planejamento de ações de saúde direcionadas aos grupos mais susceptíveis. O segundo manuscrito teve por objetivo descrever o perfil da distribuição espacial da mortalidade por DIC e DCV em relação ao contexto socioambiental segundo áreas geográficas. O modelo de regressão linear de Poisson com parâmetro de estimação via quasi-verossimilhança foi usado para verificar associação entre as variáveis. Foram identificados como fatores de risco para mortalidade por DIC e DCV a variável relativa a melhor renda e maior distância entre domicílios e unidades de saúde; a proporção de domicílios em ruas pavimentadas aparece como fator de proteção. A distribuição espacial e as associações encontradas entre os desfechos e preditores sugerem que as populações residentes em localidades mais afastadas dos centros urbanos apresentam maiores taxas de mortalidade por DIC e DCV e que isto pode estar relacionado a contextos rurais de localização das residências e a distância geográfica destas populações aos serviços de saúde. Aponta-se para a necessidade de desenvolvimento de ações que propiciem maior amplitude no atendimento em saúde, no intuito da redução de eventos cardiovasculares mórbidos incidentes naquelas populações.

Prevalência e fatores relacionados à infecção por HPV em mulheres assistidas pela Estratégia Saúde da Família em Juiz de Fora, Minas Gerais.

O câncer do colo do útero ocasiona 7% dos óbitos por câncer na população feminina brasileira, com taxa de incidência estimada em 15,33/100 mil, sendo a infecção pelo papilomavírus humano (HPV) causa necessária. O rastreamento com citologia do esfregaço cervical convencional é ação escolhida no Brasil e em outros países para prevenir e controlar o câncer, através da detecção precoce das lesões pré-neoplásicas. Porém, apresenta falhas na cobertura, com desigualdade de acesso, e na qualidade, devido aos problemas nas etapas operacionais, desde a coleta na unidade até a interpretação dos resultados. O rastreamento é oportunístico, e uma alternativa organizada pode ser a utilização de cadastros populacionais, como os disponíveis pela Estratégia Saúde da Família (ESF). A efetividade do rastreamento pode ser aumentada com a incorporação de novas técnicas, destacando-se aquelas de biologia molecular, que testam o HPV nas mulheres, em acréscimo ao rastreamento com citologia ou a substituindo integralmente. O conhecimento acerca dos fatores relacionados à infecção vem sendo ampliado para compreender por que mulheres que se encontram em risco semelhante de transmissão apresentam infecção e outras, não. A inexistência de um sistema de vigilância dos tipos circulantes de HPV prejudica a avaliação do cenário atual, inclusive no que se refere à recente implantação da vacinação contra o HPV no calendário básico de vacinação. Neste estudo, o objetivo foi estimar a prevalência de infecção pelo HPV no grupo de mulheres estudadas, relacionando estes achados aos fatores relacionados à infecção, que podem auxiliar na identificação de mulheres mais vulneráveis à infecção e à presença de lesões pré-neoplásicas. 2062 mulheres da periferia de Juiz de Fora, após serem convocadas para rastreamento, participaram do estudo, desenvolvido em duas unidades com a ESF, tendo respondido a um questionário padronizado, submetidas ao exame citológico cervical convencional e testadas para o HPV com o teste cobas 4800 (Roche). A adesão das mulheres convocadas foi semelhante àquela observada em estudos de outros delineamentos, os quais podem contribuir para o seu entendimento. Foram calculadas estimativas de prevalência de infecção pelo HPV segundo características selecionadas. A prevalência global de infecção pelo HPV foi 12,61%. A análise multivariada por regressão de Poisson com variância robusta mostrou associação estatisticamente significativa para ser solteira, consumir bebida alcoólica e ter três ou mais parceiros sexuais ao longo da vida, com razões de prevalência ajustadas de 1,40, 1,44 e 1,35, respectivamente. A prevalência de lesões precursoras do câncer do colo do útero foi 7,27%. A qualidade do esfregaço, avaliada pela representatividade dos epitélios coletados, mostrou que há variação da prevalência de lesões pré-neoplásicas mediante qualidade do esfregaço, porém, não há variação nos resultados do teste HPV mediante a representatividade celular, achado que consistente com uma sensibilidade maior e possivelmente um melhor valor preditivo positivo. A testagem do HPV mostrou ser útil, especialmente entre mulheres com resultado de citologia normal.

Temperatura atmosférica e internações hospitalares por doenças cardíacas no município do Rio de Janeiro.

Os efeitos das temperaturas elevadas na saúde humana representam um problema de grande magnitude na saúde pública. A temperatura atmosférica e a poluição do ar são fatores de risco para as doenças crônicas não transmissíveis, em particular as doenças isquêmicas do coração. O estudo teve como objetivo analisar a associação entre a temperatura atmosférica e internações hospitalares por doenças cardíacas isquêmicas no município do Rio de Janeiro entre os anos de 2009 e 2013. Utilizaram-se modelos de séries temporais, via modelos aditivos generalizados, em regressão de Poisson, para testar a hipótese de associação. Como variáveis de controle de confusão foram utilizadas as concentrações de poluentes atmosféricos (ozônio e material particulado) e umidade relativa o ar; utilizou-se método de defasagem simples e distribuída para avaliar o impacto da variação de 1oC nas internações hospitalares diárias. No modelo de defasagem simples foram encontradas associações estatisticamente significativas para as internações por DIC no dia concorrente a exposição ao calor, tanto para a temperatura média quanto para a máxima. No modelo de defasagem distribuída polinomial, essa associação foi observada com 1 e 2 dias de defasagem e no efeito acumulado tanto para a temperatura média quanto para a máxima. Ao estratificarmos por faixa etária, as associações para as internações por DIC e exposição ao calor não foram estatisticamente significativas no modelo de defasagem simples para as temperaturas média e máxima. Em contrapartida, no modelo de defasagem distribuída polinomial, a correlação entre internações por DIC e exposição ao calor foi observada na faixa de 30 a 60 anos no efeito acumulado para a temperatura média; e com defasagem de 1 e 2 dias para 60 anos ou mais de idade para a temperatura média. Estes resultados sugerem associação positiva entre as internações hospitalares por doença cardíaca isquêmica e temperatura na cidade do Rio de Janeiro. Os resultados do presente estudo fornecem informações para o planejamento de investimentos de áreas urbanas climatizadas e para a preparação dos hospitais para receber emergências relacionadas aos efeitos de calor que é uma das consequências mais importantes das mudanças climáticas.

The statistical properties of recreational catch rate data for some fish stocks off the northeast U.S. coast

Recreational fisheries in the waters off the northeast U.S. target a variety of pelagic and demersal fish species, and catch and effort data sampled from recreational fisheries are a critical component of the information used in resource evaluation and management. Standardized indices of stock abundance developed from recreational fishery catch rates are routinely used in stock assessments. The statistical properties of both simulated and empirical recreational fishery catch-rate data such as those collected by the National Marine Fisheries Service (NMFS) Marine Recreational Fishery Statistics Survey (MRFSS) are examined, and the potential effects of different assumptions about the error structure of the catch-rate frequency distributions in computing indices of stock abundance are evaluated. Recreational fishery catch distributions sampled by the MRFSS are highly contagious and overdispersed in relation to the normal distribution and are generally best characterized by the Poisson or negative binomial distributions. The modeling of both the simulated and empirical MRFSS catch rates indicates that one may draw erroneous conclusions about stock trends by assuming the wrong error distribution in procedures used to developed standardized indices of stock abundance. The results demonstrate the importance of considering not only the overall model fit and significance of classification effects, but also the possible effects of model misspecification, when determining the most appropriate model construction.

Analytical techniques for indentation of viscoelastic materials

Indentation of linearly viscoelastic materials is explored using elastic-viscoelastic correspondence analysis for both conical-pyramidal and spherical indentation. Boltzmann hereditary integrals are used to generate displacement-time solutions for loading at constant rate and creep following ramp loading. Experimental data for triangle- and trapezoidal-loading are examined for commercially-available polymers and compared with analytical solutions. Emphasis is given to the use of multiple experiments to test the fidelity and predictive capability of the obtained material creep function. Plastic deformation occurs in sharp indentation of glassy polymers and is found to complicate the viscoelastic analysis. A new method is proposed for estimating a material time-constant from peak displacement or hardness data obtained in pyramidal indentation tests performed at different loading rates.

On statistical comparison of efficiencies of fishing gear

The distribution of fish caught by experimental gill nets has been found to be in the Poisson or Negative binomial form. Using this information, application of Chi-square test as suggested by Mood et al. (1974) has been illustrated, for comparing the efficiencies of gill nets. This test provides an alternative to Anova F-test especially in the context of significance of non-additivity for the two-way model. Based on the present work and the findings by Nair (1982) and Nair & Alagaraja (1982, 1984) an outline approach for statistical comparison of the efficiencies of fishing gear is presented.

Linear gaussian computations for near-exact Bayesian Monte Carlo inference in skewed alpha-stable time series models

In this paper we study parameter estimation for time series with asymmetric α-stable innovations. The proposed methods use a Poisson sum series representation (PSSR) for the asymmetric α-stable noise to express the process in a conditionally Gaussian framework. That allows us to implement Bayesian parameter estimation using Markov chain Monte Carlo (MCMC) methods. We further enhance the series representation by introducing a novel approximation of the series residual terms in which we are able to characterise the mean and variance of the approximation. Simulations illustrate the proposed framework applied to linear time series, estimating the model parameter values and model order P for an autoregressive (AR(P)) model driven by asymmetric α-stable innovations. © 2012 IEEE.

Modelling 2DEG charges in AlGaN/GaN heterostructures

In this paper we compare different approaches to calculating the charge density in the 2DEG layer of AlGaN/GaN HEMTs. The methods used are (i) analytical theory implemented in MATLAB, (ii) finite-element analysis using semiconductor TCAD software that implements only the Poisson and continuity equations, and (iii) 1D software that solves the Poisson and Schrödinger equations self-consistently. By using the 1D Poisson-Schrödinger solver, we highlight the consequences of neglecting the Schrödinger equation. We conclude that the TCAD simulator predicts with a reasonable level of accuracy the electron density in the 2DEG layer for both a conventional HEMT structure and one featuring an extra GaN cap layer. In addition, while the sheet charge density is not significantly affected by including Schrödinger, its confinement in the channel is found to be modified. © 2012 IEEE.

Predictive techniques for turbulent oscillatory flows

The prediction of turbulent oscillatory flow at around transitional Reynolds numbers is considered for an idealized electronics system. To assess the accuracy of turbulence models, comparison is made with measurements. A stochastic procedure is used to recover instantaneous velocity time traces from predictions. This procedure enables more direct comparison with turbulence intensity measurements which have not been filtered to remove the oscillatory flow component. Normal wall distances, required in some turbulence models, are evaluated using a modified Poisson equation based technique. A range of zero, one and two equation turbulence models are tested, including zonal and a non-linear eddy viscosity models. The non-linear and zonal models showed potential for accuracy improvements.

Geometry of Miura-folded metamaterials.

This paper describes two folded metamaterials based on the Miura-ori fold pattern. The structural mechanics of these metamaterials are dominated by the kinematics of the folding, which only depends on the geometry and therefore is scale-independent. First, a folded shell structure is introduced, where the fold pattern provides a negative Poisson's ratio for in-plane deformations and a positive Poisson's ratio for out-of-plane bending. Second, a cellular metamaterial is described based on a stacking of individual folded layers, where the folding kinematics are compatible between layers. Additional freedom in the design of the metamaterial can be achieved by varying the fold pattern within each layer.