Spin-vortices in vertically spaced pairs of thin elliptical Permalloy nanoparticles are investigated. The two vortex cores with parallel out-of-plane magnetization exhibit a strong monopole-like attraction through the spacer much thinner than the core length, thus forming a bound core-core pair. The material of the spacer is designed to suppress both direct and indirect exchange interactions, so the remaining inter-vortex coupling is purely dipolar. In the investigated vortex pairs, the in-plane magnetization in the vortex periphery, outside the vortex cores, curl in opposite directions (have opposite chirality). As a result, the two cores move in opposite directions in response to an in-plane magnetic field, the Zeeman effect of which acts to decouple the core-core pair. This leads to unique dynamics of the spin-vortex parallel-core/antiparallel-chirality pair, which strongly depend on whether the pair is coupled or decoupled. In the coupled state, the cores are held close together by the core-core attraction, which results in short-radius oscillations and a resonance frequency of about 2 GHz for the main rotational eigen-mode. In the decoupled state, the cores are separated by a distance much greater than the core length and gyrate independently with a resonance frequency of the order of 100 MHz. The dynamics of the vortex pair are investigated at 77 K, where there is a bistability between the coupled and decoupled core states. Resonant excitations are used to decouple the cores with pulses of ∼10 Oe in amplitude and ∼100 ps in duration. The ability to decouple a vortex pair using such fast low-power pulses can be useful for multifrequency oscillators and vortex based memory. A search for quantum effects is undertaken at sub-Kelvin temperatures using a dilution refrigerator. Square pulses of 100 ns duration and amplitudes of the order of 1 Oe are applied in-plane to bring the system closer to decoupling, giving the cores a chance to tunnel through the barrier between the coupled and decoupled states. The amplitude required for decoupling is measured as a function of temperature and a leveling off in the decoupling probability is seen below 400 mK, giving some indication of core tunneling. Macroscopic quantum tunneling of magnetization is interesting from the fundamental physics point of view, e.g., as a model system for studying the measurement paradox in quantum mechanics, as well as for current and future computer technology in terms of understanding the ultimate limitations of miniaturizing magnetic memory elements. / I detta arbete studeras spinnvirvlar i elliptiska skivor av Permalloy ordnade i vertikala par. Kärnor av parallell vertikal magnetisering attraherar varandra likt monopoler genom en film mycket tunnare än kärnorna och bildar därmed ett sammankopplat par. Materialet i filmen mellan virvlarna är designat för att förhindra både direkt och indirekt utbytesväxelverkan och lämnar endast kärnornas dipolväxelverkan. I de virvelpar som studeras går den plana magnetiseringen i virvlarnas periferi runt kärnorna åt olika håll (de har motsatt kiralitet). På grund av detta rör sig kärnorna åt olika håll vid applikation av magnetfält i planet (Zeeman effekten) vilket kan leda till att de kopplas isär. Detta ger virvelpar med parallella kärnor och antiparallell kiralitet unika dynamiska egenskaper som ändras med deras tillstånd, sammankopplade eller isärkopplade. I det sammankopplade tillståndet hålls kärnorna ihop av monopolattraktionen vilket gör att de bara kan röra sig i små banor kring sitt magnetiska masscentrum, med en resonansfrekvens på circa 2 GHz. I det isärkopplade tillståndet är kärnorna separerade med ett avstånd som är mycket större än kärnornas diameter, och de rör sig oberoende av varandra med en resonansfrekvens i storleksordningen 100 MHz. Virvelparets dynamik undersöks vid 77 K, där det finns en bistabilitet mellan det sammankopplade och det isärkopplade tillståndet. Pulser med längd ∼100 ps och styrka ∼10 Oe i resonans med det sammankopplade tillståndet används för att koppla isär kärnorna. Att kunna koppla isär dem med så korta lågeffektspulser kan vara användbart för virvelbaserade minnen och multifrekvensoscillatorer. Ett sökande efter kvanteffekter påbörjas vid temperaturer under 1 K med hjälp av en utspädningskyl. Fyrkantsvågor med en längd på 100 ns och en styrka i storleksordningen 1 Oe, orienterade i planet, används för att ge kärnorna en chans att tunnla genom barriären mellan det sammankopplade och det isärkopplade tillståndet. Den vågamplitud som krävs för att koppla isär kärnorna plottas mot temperaturen och kan ses plana ut under 400 mK, vilket ger viss indikation av tunnling. Dessa undersökningar av makroskopisk kvanttunnling av magnetisering kan vara användbar i grundforskning för att studera mätparadoxen i kvantmekanik, men också i modern datorteknologi för att förstå de absoluta begränsningarna i hur små magnetiska minneselement kan göras.

Due to the escalating demand for traffic information and management, the significance of traffic state estimation, which involves the assessment of traffic conditions on road segments with limited measurement data, is increasing. Two primary estimation methods are model-driven and data-driven. The former uses traffic flow models, while the latter relies on extensive historical data to explore relationships between traffic states. Due to the uninterrupted nature of highway traffic flow, conventional model-driven approach is adopted in the study to estimate traffic information from sensing data. Data-driven approach is applied to enhance the estimation results. The project mainly focuses on comparing the estimation performance between the Particle Filter and the commonly used Extended Kalman Filter. These two methods are implemented in combination with two typical traffic flow models: Cell Transmission Model and METANET. Moreover, the project investigates the potential of using vehicle-to-everything (V2X) data in traffic state estimation, either alone or combined with traditional inductive loop detector (ILD) data. Being an emerging traffic data source, V2X communication has been recently installed and tested on the motorways near Stockholm. This study provides essential insights into how V2X data can benefit existing traffic information estimation and its performance. To evaluate the models mentioned above, the estimation algorithms and traffic flow models are implemented in a self-developed platform, which may be useful for further work. Results from simulation experiments show that Particle Filter can carry out traffic state estimation with comparable accuracy to Extended Kalman Filter. While standalone V2X speed data falls short, effective fusion methods are implemented to combine both data types, ultimately achieving the desired accuracy. These fusion methods encompass direct filtering, weighted averaging, and linear regression. Future investigations could broaden their scope to include new data sources, such as unmanned aerial vehicles (UAVs), and delve into advanced data fusion techniques, such as deep learning. / På grund av den ökande efterfrågan på trafikinformation och trafikhantering ökar betydelsen av trafiklägesuppskattning, vilket innebär bedömning av trafikförhållandena på vägsegment med begränsade mätningsdata. Två primära uppskattningsmetoder är modellbaserade och datadrivna metoder. Den förra använder trafikflödesmodeller, medan den senare förlitar sig på omfattande historiska data för att utforska samband mellan trafiklägen. På grund av det oavbrutna vägtrafikflödet antas en konventionell modellbaserad metod i studien för att uppskatta trafikinformation från sensordata. Den datadrivna metoden används för att förbättra estimatresultaten. Projektet fokuserar främst på att jämföra prestandan i uppskattningen mellan Partikelfiltret och den vanligtvis använda Extended Kalman Filter. Dessa två metoder implementeras i kombination med två typiska trafikflödesmodeller: Cell Transmission Model och METANET. Dessutom undersöker projektet möjligheterna att använda fordons-till-allt (V2X) data i trafiklägesuppskattning, antingen ensamt eller i kombination med data från traditionella induktiva slingdetektorer (ILD). Som en framväxande källa till trafikdata har V2X-kommunikation nyligen installerats och testats på motorvägarna nära Stockholm. Denna studie ger väsentlig inblick i hur V2X-data kan gynna befintlig uppskattning av trafikinformation och dess prestanda. För att utvärdera ovan nämnda modeller implementeras uppskattningsalgoritmerna och trafikflödesmodellerna i en självutvecklad plattform, vilket kan vara användbart för framtida arbete. Resultaten från simuleringsexperiment visar att Partikelfiltret kan utföra trafiklägesuppskattning med jämförbar noggrannhet jämfört med Extended Kalman Filter. Medan fristående V2X-hastighetsdata inte når hela vägen fram implementeras effektiva sammanslagningsmetoder för att kombinera båda datatyperna och slutligen uppnå önskad noggrannhet. Dessa sammanslagningsmetoder omfattar direkt filtrering, viktad medelvärdesbildning och linjär regression. Framtida undersökningar kan utvidga deras omfattning för att inkludera nya datakällor, såsom obemannade flygfordon (UAV:er), och utforska avancerade tekniker för datafusion, såsom djupinlärning.

The problem of how quantum mechanics gives rise to classicality has been debated for more than a century. A commonly proposed solution is decoherence, i.e. the gradual decay of superpositions in open quantum systems due to their inevitable interaction with their environment. However, the ability of decoherence to account for all aspects of the classical world is often questioned. A recently proposed model suggests that decoherence can occur even in isolated composite systems subject to gravitational time dilation, something which has sparked a debate. In this thesis we attempt to identify the precise role of decoherence in the quantum-to-classical transition (QTCT) and then use the result to analyze the validity of the newly proposed time dilation-induced decoherence mechanism. We find that the problem of the QTCT can be divided into two parts and that decoherence solves the first of these whereas the second is unsolvable without fundamental modifications to quantum theory. Moreover, we argue that the effect is fundamentally frame-dependent and we find a general formula for the rate of decoherence of macroscopic superpositions in the case where both the system and observer use Rindler coordinates. The result suggests that the frame-dependence may be utilized to increase the strength of the effect in experimental settings. Finally, the possibilities of experimental verification are discussed and we argue that recent advances in quantum measurement techniques in gravitational-wave observatories may enable tests of gravitational decoherence in the near future, finally providing an empirical glimpse into the resolution of one of the most critical debates in all of physics. / Huruvida kvantfysiken kan ge uppkomst till den klassiska fysiken på stora skalor är ett problem som diskuterats under mer än ett århundrade. En föreslagen lösning är dekoherens, alltså det gradvisa sönderfallet av superpositioner i öppna kvantsystem på grund av den oundvikliga interaktionen med deras omgivning. Dekoherensens förmåga att förklara alla delar av den klassiska världen ifrågasätts emellertid fortfarande. De senaste åren har en ny effekt uppmärksammats som tyder på att dekoherens även kan uppstå i isolerade kompositsystem under påverkan av gravitationell tidsdilatation, något som orsakat en debatt i litteraturen. I detta arbete försöker vi identifiera dekoherensens roll i övergången från det kvantmekaniska till det klassiska, och vi använder sedan resultatet för att analysera den ovannämnda gravitationella dekoherensmekanismen. Det allmänna problemet med övergången från kvantfysik till klassisk fysik delas upp i två delar, och vi visar att dekoherens löser den första delen; den andra delen visar sig vara olösbar utan fundamentala förändringar av kvantfysikens ramverk. Vidare visas den gravitationella dekoherenseffekten vara observatörsberoende och vi härleder en allmän formel för takten med vilken makroskopiska superpositioner sönderfaller i de fall då både systemet och observatören använder Rindlerkoordinater. Resultaten tyder på att observatörsberoendet eventuellt kan utnyttjas för att öka effektens styrka i experimentalla sammanhang. Slutligen diskuteras möjligheter att experimentellt verifiera effekten; vi argumenterar för att nya genombrott inom kvantmätteknik i gravitationsvågsobservatorium kan möjliggöra tester av gravitationell dekoherens inom en snar framtid, vilket skulle ge oss en första empirisk inblick i lösningen till en av fysikens mest kritiska debatter.