Published April 18, 2023
| Version v1
Publication
Open
Noise Resilient Exceptional-Point Sensing based on Neuromorphic functionalities
Creators
- 1. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
- 2. National University of the Northeast
- 3. Weatherford College
- 4. Wesleyan University
Description
Abstract Exceptional point degeneracies (EPD) of linear non-Hermitian systems have been recently utilized for hypersensitive sensing. This proposal exploits the sublinear response that the degenerate frequencies experience once the system is externally perturbed. The enhanced sensitivity, however, might be offset by excess (fundamental and/or technical) noise. Here, we developed a self-oscillating nonlinear platform that supports transitions between two distinct neuromorphic functionalities – one having a spatially symmetric steady-state, and the other with an asymmetric steady-state – and displays nonlinear EPDs (NLEPDs) that can be employed for noise-resilient sensing. The experimental setup incorporates a nonlinear electronic dimer with voltage-sensitive coupling and demonstrates two-orders signal-to-noise enhancement of voltage variation measurements near NLEPDs. Our results resolve a long-standing debate on the efficacy of EPD-sensing in active systems above self-oscillating threshold.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
مجردة تم استخدام الانحطاط النقطي الاستثنائي (EPD) للأنظمة الخطية غير الهرمية مؤخرًا للاستشعار مفرط الحساسية. يستغل هذا الاقتراح الاستجابة تحت الخطية التي تواجهها الترددات المتدهورة بمجرد اضطراب النظام خارجيًا. ومع ذلك، قد يتم تعويض الحساسية المحسنة عن طريق الضوضاء الزائدة (الأساسية و/أو التقنية). هنا، قمنا بتطوير منصة غير خطية ذاتية التذبذب تدعم التحولات بين وظيفتين عصبيتين متميزتين – واحدة لها حالة ثابتة متماثلة مكانيًا، والأخرى ذات حالة ثابتة غير متماثلة – وتعرض EPDs غير الخطية (NLEPDs) التي يمكن استخدامها للاستشعار المرن للضوضاء. يتضمن الإعداد التجريبي دايمرًا إلكترونيًا غير خطي مع اقتران حساس للجهد ويوضح تعزيز الإشارة إلى الضوضاء ثنائي الترتيب لقياسات تباين الجهد بالقرب من NLEPDs. تحل نتائجنا نقاشًا طويل الأمد حول فعالية استشعار EPD في الأنظمة النشطة فوق عتبة التذبذب الذاتي.Translated Description (French)
Résumé Des dégénérescences ponctuelles exceptionnelles (EPD) de systèmes linéaires non hermitiens ont récemment été utilisées pour la détection hypersensible. Cette proposition exploite la réponse sublinéaire que les fréquences dégénérées subissent une fois que le système est perturbé extérieurement. La sensibilité accrue, cependant, pourrait être compensée par un bruit excessif (fondamental et/ou technique). Ici, nous avons développé une plate-forme non linéaire auto-oscillante qui prend en charge les transitions entre deux fonctionnalités neuromorphes distinctes – l'une ayant un état stationnaire spatialement symétrique et l'autre un état stationnaire asymétrique – et affiche des EPD non linéaires (NLEPD) qui peuvent être utilisées pour la détection résiliente au bruit. La configuration expérimentale intègre un dimère électronique non linéaire avec un couplage sensible à la tension et démontre une amélioration signal-bruit à deux ordres des mesures de variation de tension à proximité des NLEPD. Nos résultats résolvent un débat de longue date sur l'efficacité de la détection EPD dans les systèmes actifs au-dessus du seuil auto-oscillant.Translated Description (Spanish)
Resumen Las degeneraciones puntuales excepcionales (EPD) de sistemas lineales no hermíticos se han utilizado recientemente para la detección hipersensible. Esta propuesta explota la respuesta sublineal que experimentan las frecuencias degeneradas una vez que el sistema es perturbado externamente. Sin embargo, la sensibilidad mejorada podría verse compensada por un exceso de ruido (fundamental y/o técnico). Aquí, desarrollamos una plataforma no lineal autooscilante que admite transiciones entre dos funcionalidades neuromórficas distintas, una con un estado estacionario espacialmente simétrico y la otra con un estado estacionario asimétrico, y muestra EPD no lineales (NLEPD) que se pueden emplear para la detección resistente al ruido. La configuración experimental incorpora un dímero electrónico no lineal con acoplamiento sensible al voltaje y demuestra una mejora de señal a ruido de dos órdenes de las mediciones de variación de voltaje cerca de los NLEPD. Nuestros resultados resuelven un debate de larga data sobre la eficacia de la detección de EPD en sistemas activos por encima del umbral auto-oscilante.Files
s41467-023-41189-7.pdf.pdf
Files
(1.9 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:a9bde1788a9814bd737a76974a28c582
|
1.9 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- استشعار نقاط استثنائية مرنة للضوضاء بناءً على الوظائف العصبية الشكلية
- Translated title (French)
- Détection de point exceptionnel résiliente au bruit basée sur des fonctionnalités neuromorphiques
- Translated title (Spanish)
- Detección de puntos excepcionales resistente al ruido basada en funcionalidades neuromórficas
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4366203994
- DOI
- 10.21203/rs.3.rs-2724945/v1
References
- https://openalex.org/W1575147392
- https://openalex.org/W1649271673
- https://openalex.org/W1978986114
- https://openalex.org/W2008456265
- https://openalex.org/W2040983551
- https://openalex.org/W2084881102
- https://openalex.org/W2110300552
- https://openalex.org/W2744045251
- https://openalex.org/W2744151324
- https://openalex.org/W2762898937
- https://openalex.org/W2768107904
- https://openalex.org/W2781491230
- https://openalex.org/W2783116727
- https://openalex.org/W2908266731
- https://openalex.org/W2930665417
- https://openalex.org/W2948630355
- https://openalex.org/W2968389781
- https://openalex.org/W2988341331
- https://openalex.org/W2993684765
- https://openalex.org/W2994214974
- https://openalex.org/W3009636131
- https://openalex.org/W3024481272
- https://openalex.org/W3104133164
- https://openalex.org/W3183608007
- https://openalex.org/W4256298143
- https://openalex.org/W4288051887