We propose a machine learning framework based on Flow Matching (FM) to identify critical properties in many-body systems efficiently. Using the 2D XY model as a benchmark, we demonstrate that a single network, trained only on configurations from a small ($32\times 32$) lattice at sparse temperature points, effectively generalizes across both temperature and system size. This dual generalization enables two primary applications for large-scale computational physics: (i) a rapid "train-small, predict-large" strategy to locate phase transition points for significantly larger systems ($128\times 128$) without retraining, facilitating efficient finite-size scaling analysis; and (ii) the fast generation of high-fidelity, decorrelated initial spin configurations for large-scale Monte Carlo simulations, providing a robust starting point that bypasses the long thermalization times of traditional samplers. These capabilities arise from the combination of the Flow Matching framework, which learns stable probability-flow vector fields, and the inductive biases of the U-Net architecture that capture scale-invariant local correlations. Our approach offers a scalable and efficient tool for exploring the thermodynamic limit, serving as both a rapid explorer for phase boundaries and a high-performance initializer for high-precision studies.


翻译:我们提出了一种基于流匹配(FM)的机器学习框架,用于高效识别多体系统的临界特性。以二维XY模型为基准,我们证明:仅使用小型($32\times 32$)晶格在稀疏温度点上的构型进行训练的单一网络,能够有效泛化至不同温度与系统尺寸。这种双重泛化能力为大规模计算物理研究带来两项主要应用:(i)通过“小规模训练、大规模预测”的快速策略,无需重新训练即可定位更大系统($128\times 128$)的相变点,从而支持高效的有限尺寸标度分析;(ii)为大规模蒙特卡洛模拟快速生成高保真、去关联的初始自旋构型,提供能够规避传统采样器长热化时间的稳健初始点。这些能力源于流匹配框架(学习稳定的概率流向量场)与U-Net架构(捕捉尺度不变的局部关联性)归纳偏置的结合。我们的方法为探索热力学极限提供了可扩展且高效的工具,既可作为相边界的快速探索器,也能作为高精度研究的高性能初始化器。

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