Quantum computation based on a quantum switch in cavity QED

A feasible scheme for constructing quantum logic gates is proposed on the basis of quantum switches in cavity QED. It is shown that the light field which is fed into the cavity due to the passage of an atom in a certain state can be used to manipulate the conditioned quantum logical gate. In our scheme, the quantum information is encoded in the states of Rydberg atoms and the cavity mode is not used as logical qubits or as a communicating "bus"; thus, the effect of atomic spontaneous emission can be neglected and the strict requirements for the cavity can be relaxed.

Distributed Load Control in Multiphase Radial Networks

The current power grid is on the cusp of modernization due to the emergence of distributed generation and controllable loads, as well as renewable energy. On one hand, distributed and renewable generation is volatile and difficult to dispatch. On the other hand, controllable loads provide significant potential for compensating for the uncertainties. In a future grid where there are thousands or millions of controllable loads and a large portion of the generation comes from volatile sources like wind and solar, distributed control that shifts or reduces the power consumption of electric loads in a reliable and economic way would be highly valuable.

Load control needs to be conducted with network awareness. Otherwise, voltage violations and overloading of circuit devices are likely. To model these effects, network power flows and voltages have to be considered explicitly. However, the physical laws that determine power flows and voltages are nonlinear. Furthermore, while distributed generation and controllable loads are mostly located in distribution networks that are multiphase and radial, most of the power flow studies focus on single-phase networks.

This thesis focuses on distributed load control in multiphase radial distribution networks. In particular, we first study distributed load control without considering network constraints, and then consider network-aware distributed load control.

Distributed implementation of load control is the main challenge if network constraints can be ignored. In this case, we first ignore the uncertainties in renewable generation and load arrivals, and propose a distributed load control algorithm, Algorithm 1, that optimally schedules the deferrable loads to shape the net electricity demand. Deferrable loads refer to loads whose total energy consumption is fixed, but energy usage can be shifted over time in response to network conditions. Algorithm 1 is a distributed gradient decent algorithm, and empirically converges to optimal deferrable load schedules within 15 iterations.

We then extend Algorithm 1 to a real-time setup where deferrable loads arrive over time, and only imprecise predictions about future renewable generation and load are available at the time of decision making. The real-time algorithm Algorithm 2 is based on model-predictive control: Algorithm 2 uses updated predictions on renewable generation as the true values, and computes a pseudo load to simulate future deferrable load. The pseudo load consumes 0 power at the current time step, and its total energy consumption equals the expectation of future deferrable load total energy request.

Network constraints, e.g., transformer loading constraints and voltage regulation constraints, bring significant challenge to the load control problem since power flows and voltages are governed by nonlinear physical laws. Remarkably, distribution networks are usually multiphase and radial. Two approaches are explored to overcome this challenge: one based on convex relaxation and the other that seeks a locally optimal load schedule.

To explore the convex relaxation approach, a novel but equivalent power flow model, the branch flow model, is developed, and a semidefinite programming relaxation, called BFM-SDP, is obtained using the branch flow model. BFM-SDP is mathematically equivalent to a standard convex relaxation proposed in the literature, but numerically is much more stable. Empirical studies show that BFM-SDP is numerically exact for the IEEE 13-, 34-, 37-, 123-bus networks and a real-world 2065-bus network, while the standard convex relaxation is numerically exact for only two of these networks.

Theoretical guarantees on the exactness of convex relaxations are provided for two types of networks: single-phase radial alternative-current (AC) networks, and single-phase mesh direct-current (DC) networks. In particular, for single-phase radial AC networks, we prove that a second-order cone program (SOCP) relaxation is exact if voltage upper bounds are not binding; we also modify the optimal load control problem so that its SOCP relaxation is always exact. For single-phase mesh DC networks, we prove that an SOCP relaxation is exact if 1) voltage upper bounds are not binding, or 2) voltage upper bounds are uniform and power injection lower bounds are strictly negative; we also modify the optimal load control problem so that its SOCP relaxation is always exact.

To seek a locally optimal load schedule, a distributed gradient-decent algorithm, Algorithm 9, is proposed. The suboptimality gap of the algorithm is rigorously characterized and close to 0 for practical networks. Furthermore, unlike the convex relaxation approach, Algorithm 9 ensures a feasible solution. The gradients used in Algorithm 9 are estimated based on a linear approximation of the power flow, which is derived with the following assumptions: 1) line losses are negligible; and 2) voltages are reasonably balanced. Both assumptions are satisfied in practical distribution networks. Empirical results show that Algorithm 9 obtains 70+ times speed up over the convex relaxation approach, at the cost of a suboptimality within numerical precision.

Distributed Control and Optimization for Communication and Power Systems

We are at the cusp of a historic transformation of both communication system and electricity system. This creates challenges as well as opportunities for the study of networked systems. Problems of these systems typically involve a huge number of end points that require intelligent coordination in a distributed manner. In this thesis, we develop models, theories, and scalable distributed optimization and control algorithms to overcome these challenges.

This thesis focuses on two specific areas: multi-path TCP (Transmission Control Protocol) and electricity distribution system operation and control. Multi-path TCP (MP-TCP) is a TCP extension that allows a single data stream to be split across multiple paths. MP-TCP has the potential to greatly improve reliability as well as efficiency of communication devices. We propose a fluid model for a large class of MP-TCP algorithms and identify design criteria that guarantee the existence, uniqueness, and stability of system equilibrium. We clarify how algorithm parameters impact TCP-friendliness, responsiveness, and window oscillation and demonstrate an inevitable tradeoff among these properties. We discuss the implications of these properties on the behavior of existing algorithms and motivate a new algorithm Balia (balanced linked adaptation) which generalizes existing algorithms and strikes a good balance among TCP-friendliness, responsiveness, and window oscillation. We have implemented Balia in the Linux kernel. We use our prototype to compare the new proposed algorithm Balia with existing MP-TCP algorithms.

Our second focus is on designing computationally efficient algorithms for electricity distribution system operation and control. First, we develop efficient algorithms for feeder reconfiguration in distribution networks. The feeder reconfiguration problem chooses the on/off status of the switches in a distribution network in order to minimize a certain cost such as power loss. It is a mixed integer nonlinear program and hence hard to solve. We propose a heuristic algorithm that is based on the recently developed convex relaxation of the optimal power flow problem. The algorithm is efficient and can successfully computes an optimal configuration on all networks that we have tested. Moreover we prove that the algorithm solves the feeder reconfiguration problem optimally under certain conditions. We also propose a more efficient algorithm and it incurs a loss in optimality of less than 3% on the test networks.

Second, we develop efficient distributed algorithms that solve the optimal power flow (OPF) problem on distribution networks. The OPF problem determines a network operating point that minimizes a certain objective such as generation cost or power loss. Traditionally OPF is solved in a centralized manner. With increasing penetration of volatile renewable energy resources in distribution systems, we need faster and distributed solutions for real-time feedback control. This is difficult because power flow equations are nonlinear and kirchhoff's law is global. We propose solutions for both balanced and unbalanced radial distribution networks. They exploit recent results that suggest solving for a globally optimal solution of OPF over a radial network through a second-order cone program (SOCP) or semi-definite program (SDP) relaxation. Our distributed algorithms are based on the alternating direction method of multiplier (ADMM), but unlike standard ADMM-based distributed OPF algorithms that require solving optimization subproblems using iterative methods, the proposed solutions exploit the problem structure that greatly reduce the computation time. Specifically, for balanced networks, our decomposition allows us to derive closed form solutions for these subproblems and it speeds up the convergence by 1000x times in simulations. For unbalanced networks, the subproblems reduce to either closed form solutions or eigenvalue problems whose size remains constant as the network scales up and computation time is reduced by 100x compared with iterative methods.

A dinâmica dos espaços de cultura e lazer em Botafogo

O processo de terciarização da economia, o qual se faz presente claramente desde os primórdios da cidade do Rio de Janeiro, promoveu profundas transformações na organização interna da cidade, o que implica em novos usos do espaço urbano e gera novos processos na cidade, sobretudo em nossa área de estudo, o bairro de Botafogo. O processo de globalização provoca mudanças significativas na economia mundial. A cidade, portanto se insere nos espaços de globalização e, assim, sofre mudanças que vão se refletir em sua estrutura urbana. Desta forma, o setor de serviços é dinamizado, reforçando, então, o processo de terciarização. Neste caso, se torna evidente a relação entre urbanização as atividades terciárias. Percebe-se, assim, o surgimento de um novo modelo de urbanização, atrelado à presença destas atividades terciárias, as quais serão de suma importância para a constituição de novas centralidades no espaço interno da cidade, como é o caso de Botafogo. Neste contexto, os espaços de cultura e lazer têm fundamental importância, visto que atraem fluxos de consumidores, os quais se aproveitam da infraestrutura proporcionada pelo Estado, sobretudo de transportes, através do metrô e das inúmeras linhas de ônibus que servem o bairro. Os espaços de cultura e lazer possuem uma grande importância no contexto de renovação de Botafogo, uma vez que o bairro apresenta uma grande concentração de equipamentos desta natureza, os quais contribuem para uma maior circulação de pessoas em seu espaço interno. Observam-se duas áreas de concentração destes espaços em Botafogo, as quais se localizam nas extremidades e adjacências do principal eixo viário do bairro, onde podemos encontrar também onde se concentram serviços especializados. Então, podemos dizer que, na esfera do consumo, estes espaços de cultura e lazer surgem como resultado de ações públicas e privadas. Os espaços de cultura e lazer promovem uma nova dinâmica a Botafogo e gera impactos na economia urbana do Rio de Janeiro. São responsáveis pelo surgimento de uma nova centralidade no âmbito da cidade e contribuem, portanto, para o processo de reestruturação urbana da cidade do Rio de Janeiro

Detecção e classificação de VTCDs em sistemas de distribuição de energia elétrica usando redes neurais artificiais.

O objetivo deste trabalho é conhecer e compreender melhor os imprevistos no fornecimento de energia elétrica, quando ocorrem as variações de tensão de curta duração (VTCD). O banco de dados necessário para os diagnósticos das faltas foi obtido através de simulações de um modelo de alimentador radial através do software PSCAD/EMTDC. Este trabalho utiliza um Phase-Locked Loop (PLL) com o intuito de detectar VTCDs e realizar a estimativa automática da frequência, do ângulo de fase e da amplitude das tensões e correntes da rede elétrica. Nesta pesquisa, desenvolveram-se duas redes neurais artificiais: uma para identificar e outra para localizar as VTCDs ocorridas no sistema de distribuição de energia elétrica. A técnica aqui proposta aplica-se a alimentadores trifásicos com cargas desequilibradas, que podem possuir ramais laterais trifásicos, bifásicos e monofásicos. No desenvolvimento da mesma, considera-se que há disponibilidade de medições de tensões e correntes no nó inicial do alimentador e também em alguns pontos esparsos ao longo do alimentador de distribuição. Os desempenhos das arquiteturas das redes neurais foram satisfatórios e demonstram a viabilidade das RNAs na obtenção das generalizações que habilitam o sistema para realizar a classificação de curtos-circuitos.

Modificación del sistema energético de la unidad móvil de donantes de osakidetza (CVTT)

[ES]Hoy en día los vehículos usados en la extracción de sangre utilizan un motor de combustión interna, no solamente para sus desplazamientos, sino también para generar electricidad con la que poder utilizar todos los aparatos del interior. Como consecuencia, el autobús es una fuente importante de ruidos y contaminación, ya que el motor diesel está funcionando durante las largas paradas en las que se realiza dicha actividad. El objetivo del proyecto es diseñar un sistema innovador basado en pilas de combustible que sirva para alimentar todos los equipos y dispositivos, evitando el ruido, las vibraciones y los gases contaminantes. Para ello y en primer lugar, será necesario estimar el consumo total del autobús. Tras esto, también se tomarán una serie de decisiones con el fin de mejorar la eficiencia energética del autobús. Finalmente, se hará un diseño del sistema energético, el cual debe incluir una pila de combustible, junto con todos sus sistemas asociados, y todas las especificaciones.

Hábitos alimentares e análise de sobreposição trófica de elasmobrânquios no litoral sul do Rio de Janeiro, Brasil

O presente trabalho analisou o conteúdo estomacal de cinco espécies de elasmobrânquios, sendo 9 estômagos de Psammobatis rutrum, 83 de Psammobatis extenta, 59 de Atlantoraja cyclophora, 112 de Rioraja agassizi e 43 de Rhizoprionodon lalandii, com o objetivo de obter informações sobre os hábitos alimentares dessas espécies, além de verificar a formação de guildas tróficas entre as espécies estudadas. As coletas ocorreram entre janeiro de 2006 e agosto de 2007, no litoral sul do Rio de Janeiro, ao largo da Ilha Grande. Os itens alimentares encontrados foram analisados quanto a Frequência de Ocorrência, Peso Percentual e Índice Alimentar, sendo a dieta de cada espécie avaliada considerando toda amostra, de acordo com o sexo dos indivíduos, estádios de maturidade e épocas do ano. Para investigar a similaridade entre as dietas e verificar a formação de guildas tróficas foi realizada uma Análise de Escalonamento Multidimensional (MDS). As dietas de Psammobatis rutrum e Psammobatis extenta foram consideradas carcino-bentófagas, com grande importância de camarões. O principal item para Atlantoraja cyclophora foi o siri Portunus spinicarpus, sendo a dieta considerada principalmente carcino-bentófaga, mas também com grande importância de teleósteos. Em Rioraja agassizi, a dieta foi considerada principalmente carcino-bentófaga, mas também com forte influência ictiófaga. Já o comportamento alimentar de Rhizoprionodon lalandii foi considerado ictio-bentófago. A dieta entre os sexos apresentou uma alta sobreposição em P. extenta, A. cyclophora e R. lalandii, mas para R. agassizi essa sobreposição foi considerada baixa. Entre os estádios de maturidade a sobreposição foi pequena para P. extenta e R. agassizi, entretanto para A. cyclophora e R. lalandii essa sobreposição foi elevada. Os exemplares maiores, aparentemente apresentaram preferência a se alimentarem de peixes, enquanto que predadores de menor porte se restringem aos invertebrados, basicamente crustáceos. Para todas as espécies foram identificadas alterações sazonais na importância dos itens alimentares, que pode ser explicado pelas oscilações naturais na composição e abundancia das presas potenciais em consequência das variações das massas de água na plataforma continental do sul fluminense. Os resultados indicaram a formação de 2 guildas, sendo a guilda 1 composta por P. rutrum e P extenta e com uma dieta principalmente de crustáceos (camarões) e a guilda 2 composta por A. cyclophora, R. agassizi e R. lalandii apresentando uma alimentação em Crustáceos e em Teleósteos.

Exposição ao material particulado 2,5 m coletado em vias de alto tráfego da cidade do Rio de Janeiro: avaliação mutagênica, genotóxica e determinação de risco à saúde induzido por hidrocarbonetos policíclicos aromáticos

A mutagenicidade do material particulado é atribuída primeiramente aos hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (HPA). Investigamos a atividade mutagênica do material particulado (MP2,5) em amostras coletadas em três pontos da cidade do Rio de Janeiro. As coletas foram realizadas com auxílio de um amostrador de grande volume na Avenida Brasil, no campus da Universidade do Estado do Rio de Janeiro e no Túnel Rebouças em filtros de fibra de vidro. Metade de cada filtro foi submetido à extração por sonicação com o solvente diclorometano. Seis HPA foram identificados e quantificados por cromatografia gasosa com espectrometria de massa (GC/MS). Após a análise química as concentrações dos HPA obtidos foram correlacionados ao fatores físicos, além de ser realizado avaliação de risco para cada HPA estudado. Linhagens de Salmonella typhimurium (TA98 e derivadas TA98/1.8-DNP6, YG1021 e YG1024) foram utilizadas no ensaio de mutagenicidade e tratadas (10-50 g/placa) com extrato orgânico na presença e na ausência de metabolização exógena. Células de raiz de cebola foram tratadas com extratos orgânicos nas concentrações (5-25g/mL). A alta umidade encontrada no Túnel Rebouças pode ter influenciado na deposição de cinco dos seis HPA estudados em material particulado. Além disso, em diferentes condições de tráfego, motoristas de ônibus que cruzam a Avenida Brasil e o Rebouças túnel estão expostos ao risco induzidos por HPA na ordem de 10-6. Mutagenicidade foi detectada tanto na presença quanto na ausência de metabolização, para as linhagens YG1021 e YG1024 nos três pontos, sugerindo a presença de nitro e amino derivados de HPA. As amostras do Túnel Rebouças apresentaram os maiores valores para rev/g e rev/m3. Estes resultados podem estar relacionados ao longo trajeto e a restrita ventilação. Efeito citotóxico foi detectado pelo ensaio Allium cepa nos três pontos de monitoramento. Além disso os extratos orgânicos provenientes das coletas da Avenida Brasil, UERJ e do Túnel Rebouças induziram efeito clastogênico em células de raiz de Allium cepa

Desarrollo de una librería en Simulink de la normativa J1939 de automoción para el diagnóstico y comunicación de ECUs.

[ES]El objetivo principal de este proyecto consiste en desarrollar una librería en Matlab- Simulink correspondiente a un OBD (Sistema de diagnóstico a bordo) para el vehículo eléctrico. Se pretende comprobar el correcto funcionamiento de la librería ejecutando el software en tiempo real mediante un PLC proporcionado por Tecnalia, realizando la comunicación entre PLC y PC mediante bus CAN. En este contexto, la ejecución del proyecto seguiría la metodología de software del ciclo en V con las siguientes fases principales: Desarrollo de las comunicaciones en Simulink (Plataforma PC).Implementación del software en plataformas de prototipado rápido (Dspace). Validación y testeo. Implementación final en DSP.

Essais d'utilisation de "nourrisseur à la demande" pour l'alimentation de Chrysichthys nigrodigitatus en cage-enclos

An experiment using demand feeder was carried out on the catfish Chrysichthys nigrodigitatus reared in cage-enclosure in the lagoon Ebrié (Côte d'Ivoire). The study lasted 5 months, from October to March, and showed that the demand feeder improves the growth rate of the fish and the feed conversion. It was able, as well as the conventional hand feeding, to show monthly variations of performances.

Note sur l'évolution des populations de Copépodes pélagiques de l'upwelling mauritanien (mars-avril 1972)

The evolution of a plankton copepod population in the Mauritania upwelling was studied by following a drogue for 9 days, from the point of upwelling till the water-mass dives under offshore waters. The Shannon index of specific diversity and the tropic structure allow separation into several stages in the studied succession. The upwelling brings near the shore a rather poor, highly diverse fauna, with a low filter-feeder rate. The phytoplanktonic development induces an increase in the copepod number. The filter-feeders become dominant and the diversity decreases. When the increase of copepod number stops, the diversity decreases and the omnivore and carnivore rate increases.

Avaliação do comportamento estrutural de subestações de energia elétrica com o uso do aço inoxidável.

A crescente utilização do aço inoxidável como elemento estrutural despertou o interesse de clientes, arquitetos e engenheiros nos últimos anos. Apesar do custo ainda elevado, a sua aplicação na construção civil vem substituindo outros elementos estruturais. Seja por sua alta resistência à corrosão, aumentando a relação custo benefício; sua estética, proporcionando formas cada vez mais ousadas ou; seu apelo ambiental, gerando menos resíduos no meio ambiente. As subestações representam um papel importante no fornecimento de energia. Como possuem grande complexidade para manutenção, foi escolhida a estrutura suporte de seu barramento, para o dimensionamento em aço inoxidável. Desta forma, minimizando as paradas para realização de manutenções das estruturas, possibilitando maior qualidade no fornecimento de energia elétrica. Para fins comparativos foi escolhido o projeto de uma SE existente, cuja estrutura de suporte do barramento, foi construída por treliças formadas por cantoneiras de aço carbono galvanizado. Inicialmente, o dimensionamento foi desenvolvido utilizando perfis H e I funcionando como viga-coluna para os dois tipos de aço. Num segundo momento, a estrutura foi dimensionada como treliças planas. Todos os dimensionamentos foram realizados de acordo com as prescrições normativas do EUROCODE 3. Após realização dos dimensionamentos, foram apresentadas as análises comparativas dos custos envolvidos para os tipos de aço. Abordando o investimento inicial, os gastos com manutenção ao longo da vida e os custos elétricos agregados à redução das paradas para manutenção.

Compostos de enxofre em misturas de diesel e biodiesel

É difundido na literatura especializada que o uso de misturas de biodiesel e diesel de petróleo reduz as emissões dos compostos de enxofre. Esses compostos são responsáveis por inúmeras enfermidades respiratórias, além de provocar danos ao catalisador automotivo, contribuindo desta forma para a emissão de outros poluentes. Neste trabalho fez-se uma identificação dos compostos de enxofre, antes da queima no motor, presentes no diesel e em misturas de biodiesel/diesel de diferentes fontes. A metodologia empregada foi a cromatografia de fase gasosa e inicialmente empregou-se um detector de ionização por chama de hidrogênio para ajuste das condições operacionais, por ser um detector considerado universal e capaz de identificar tanto os majoritários hidrocarbonetos como os compostos de enxofre. Em seguida aplicou-se os parâmetros operacionais obtidos a um cromatógrafo à gás acoplado a um detector seletivo para enxofre, o SCD (sulphur chemiluminescence detector) para a identificação apenas dos compostos de enxofre. Após a obtenção dos dados teóricos em laboratório, foi realizada a análise de compostos mercaptídicos produzidas pelas emissões de um ônibus do Rio de Janeiro abastecido com diesel puro e misturas diesel/biodiesel nas proporções (v/v) 2% (B2), 5% (B5), 10% (B10), and 20% (B20). Os resultados indicaram uma redução dos compostos de enxofre proporcional à adição do biodiesel tanto na teoria quanto na prática

Diet and feeding ecology of two sizes of Barbodes gonionotus (=Puntius gonionotus) and Oreochromis sp. in ricefields in Bangladesh

Fish culture experiments were conducted to compare and evaluate the feeding pattern and strategies, daily ration, gastric evacuation rates, dietary breadth, similarity and overlap of silver barb, Barbodes gonionotus, and tilapia, Oreochromis sp. (natural hybrid of O. mossambicus x O. niloticus) in a rice-fish system. B. gonionotus was found to be a macrophtophagous column feeder while Oreochromis sp. was a detrivorous benthophagic browser. Ontogenic shifts in diet were clearly observed in B. gonionotus while absent in Oreochromis sp. For both species, daily food ration for the small fish was twice as large as that for the large fish. Mean rates of gastric evacuation were 0.18 h super(1) for small and 0.05 h super(1) for large B. gonionotus and 0.09 h super(1) and 0.14h super(1) for small and large Oreochromis sp., respectively. In terms of intraspecific dietary width, the smaller sized individuals of both species had a wider dietary niche than the larger conspecifics. Larger fish increased their specialization and reliance on few food items with increasing size and competitive ability. When both species were reared together, B. gonionotus showed a wider niche width than tilapia. Wider interspecific niche width of B. gonionotus compared to that of tilapia and significant interspecific dietary overlap is likely to result in suppression of the growth of tilapia in mixed culture due to: 1) a high degree of specialization and reliance of tilapia on food of low-nutrient value, and 2) slower gastric evacuation rates as compared to B. gonionotus, which would allow B. gonionotus to outgrow similar sized tilapia.

Yellowfin Sole, Pleuronectes asper, of the Eastern Bering Sea: Biological Characteristics, History of Exploitation, and Management

Yellowfin sole, Pleuronectes asper, is the second most abundant flatfish in the North Pacific Ocean and is most highly concentrated in the eastern Bering Sea. It has been a target species in the eastern Bering Sea since the mid-1950's, initially by foreign distant-water fisheries but more recently by U.S. fisheries. Annual commercial catches since 1959 have ranged from 42,000 to 554,000 metric tons (t). Yellowfin sole is a relatively small flatfish averaging about 26 cm in length and 200 g in weight in commercial catches. It is distributed from nearshore waters to depths of about 100 m in the eastern Bering Sea in summer, but moves to deeper water in winter to escape sea ice. Yellowfin sole is a benthopelagic feeder. It is a longlived species (>20 years) with a correspondingly low natural mortality rate estimated at 0.12. After being overexploited during the early years of the fishery and suffering a substantial decline in stock abundance, the resource has recovered and is currently in excellent condition. The biomass during the 1980's may have been as high as, if not higher than, that at the beginning of the fishery. Based on results of demersal trawl surveys and two age structured models, the current exploitable biomass has been estimated to range between 1.9 and 2.6 million t. Appropriate harvest strategies were investigated under a range of possible recruitment levels. The recommended harvest level was calculated by multiplying the yield derived from the FOI harvest level (161 g at F = 0.14) hy an average recruitment value resulting in a commercial harvest of 276,900 t, or about 14% of the estimated exploitable biomass.