量子信息科学与工程 (QISE) 是一个活跃的研究和开发领域,具有巨大的潜力,可以推动计算、网络和传感的基本性能极限。美国国家科学基金会传统黑人学院和大学本科项目奖与克莱姆森大学和罗彻斯特大学密切合作,在温斯顿塞勒姆州立大学 (WSSU) 建立了综合的 QISE 研究和教育活动。研究活动旨在通过建立量子传导测试平台,促进量子计算和网络应用的新材料和功能的发现。教育部分侧重于在 QISE 建立一个本科课程,该课程具有强大的动手学习元素,以培养高度多样化和熟练的劳动力。该项目的协作性质与核心研究设施相结合,使 WSSU 的教师和学生站在 QISE 研究的前沿,并在卡罗莱纳州培养了一代又一代多元化的 QISE 劳动力。
量子信息科学与工程 (QISE) 是一个活跃的研究和开发领域,具有巨大的潜力,可以推动计算、网络和传感的基本性能极限。美国国家科学基金会传统黑人学院和大学本科项目奖与克莱姆森大学和罗彻斯特大学密切合作,在温斯顿塞勒姆州立大学 (WSSU) 建立了综合的 QISE 研究和教育活动。研究活动旨在通过建立量子传导测试平台,促进量子计算和网络应用的新材料和功能的发现。教育部分侧重于在 QISE 建立一个本科课程,该课程具有强大的动手学习元素,以培养高度多样化和熟练的劳动力。该项目的协作性质与核心研究设施相结合,使 WSSU 的教师和学生站在 QISE 研究的前沿,并在卡罗莱纳州培养了一代又一代多元化的 QISE 劳动力。
尽管量子信息科学与工程 (QIS/QISE) 劳动力发展计划迅速发展,但教师之间对核心内容缺乏共识,这使得先前基于研究的课程和评估发展计划难以扩大规模。为了确定在内容覆盖范围上达成共识的领域,我们报告了对美国高等教育机构教授入门级 QISE 课程的 N=63 名教师的调查结果。我们确定了大部分 (≥ 80%) 入门级 QISE 课程中常见的内容项目子集,这些课程可能适合基于研究的课程开发,重点是数学、物理和工程学的基础技能。作为课程开发的进一步指导,我们还研究了不同级别(本科/研究生)和学科的内容覆盖范围的差异。最后,我们简要讨论了我们的研究结果对在高等教育阶段开发基于研究的 QISE 评估的影响。
NSF扩大量子信息科学与工程轨道1奖授予田纳西州立大学(MTSU)的能力,用于建立一项全面的量子信息科学与工程(QISE)计划,旨在研究研究,教育和扩大量子技术的参与。与布法罗大学合作,该项目旨在优化Qubit-Photon相互作用,至关重要,至关重要。进行的研究的主要目的是为使用外部现场协议控制量子发射器提供理论建模和分析。该项目的目标是将这些控制协议集成到量子网络模拟器中,以证明网络性能的切实改进。该项目提供了各种各样的学习机会,可访问本科QISE课程,早期研究培训,专门针对代表性不足的团体和指导机会的专业研讨会。项目团队还将在QISE和吸引高中生的夏令营中进行教师培训,这引发了早期认识和对量子科学的兴趣。多样化的计划旨在将MTSU建立为该地区繁荣的QISE研究和教育中心。
摘要 — 贡献:提供了构建量子工程教育计划的路线图,以满足美国国内和国际劳动力需求。背景:快速发展的量子信息科学与工程 (QISE) 行业将需要具有量子意识和量子精通的本科工程师。研究问题:提供可针对整个学术生态系统量身定制的灵活框架的最佳方法是什么?方法:召集了来自学术界、政府、工业界和国家实验室的 480 名 QISE 研究人员参加研讨会,以借鉴最佳实践;代表作者制定了此路线图。结果:1)针对具有量子意识的工程师,描述了第一门量子工程课程的设计,所有 STEM 学生都可以参加;2)针对量子精通工程师的教育和培训,包括量子工程辅修
量子计算代表了一种新颖的计算方法,利用叠加和纠缠等量子力学现象比传统计算更有效地执行某些计算任务。人们对量子信息科学与工程 (QISE) 领域的兴趣和资金支持日益增加,导致对量子训练劳动力的需求日益增长。最近对量子行业需求的评估[1][2] 发现,量子软件工程和应用程序开发是该行业某些角色必不可少的能力之一。对提供 QISE 硕士教育的大学课程的调查[2][3] 表明,量子编程通常作为独立课程或入门课程的一部分纳入其中。在本报告中,我描述了我在 2022-23 学年秋季和春季学期在东北大学教授研究生课程“CSYE6305:量子计算应用简介”的经历。我概述了课程设计背后的指导原则,描述了为该课程创建的编程作业,并讨论了从中学到的经验教训。我希望这项工作能够激励更多的教师采用类似的软件驱动方法来教授量子计算课程,并让更广泛的学生学习量子编程。
美国国家科学基金会授予马萨诸塞大学波士顿分校(UMass Boston)量子信息科学与工程能力扩展 Track-2 奖,旨在扩大 UMass Boston 在 QISE 方面的现有学术和研究活动,使 UMass Boston 成为该领域领先的公共研究机构。研究活动包括探索量子关联和纠缠态,以及开发操纵和减轻量子比特(量子计算机的基础组件)中错误的方法,同时结合机器学习辅助技术。该项目的成果将为未来大规模量子处理器的设计提供参考。该项目扩大了 UMass Boston 在学术和劳动力发展方面的努力,并通过为不断发展的本地量子计算生态系统提供实验能力并为 UMass Boston 本科生和研究生创造培训机会,促进与波士顿地区公司和学术机构的共生关系。研究团队参与了多项教育和劳动力活动,包括量子信息证书和未来的 QISE 研究生课程、外展活动、与大波士顿地区行业合作伙伴的实习和培训。
研究并提高学生对量子计算基础知识的理解 Peter Hu*、Yangqiuting Li 和 Chandralekha Singh 匹兹堡大学物理与天文系,美国宾夕法尼亚州匹兹堡 15260 *通讯作者,pth9@pitt.edu 摘要 量子信息科学与工程 (QISE) 是一个快速发展的领域,它利用来自许多学科的专家的技能来发挥量子系统在各种应用中的潜力。它需要来自各种传统领域的人才,包括物理、工程、化学和计算机科学等等。为了让学生为这样的机会做好准备,重要的是让他们打下坚实的 QISE 基础知识基础,而量子计算在其中起着核心作用。在本研究中,我们讨论了关于量子计算基础和应用的 QuILT 或量子交互式学习教程的开发、验证和评估。这些包括与量子计算相关的关键量子力学概念概述(包括量子计算机与经典计算机的不同之处)、单量子比特和多量子比特系统的性质以及单量子比特量子门的基础知识。该教程采用引导式探究式教学-学习序列。它的开发和验证涉及从专家和学生的角度进行认知任务分析,并使用常见的学生困难作为指导。例如,在参与教程之前,在传统的基于讲座的教学之后,学生反应中常见的一个推理原语是,𝑁 位经典计算机和 𝑁 - 量子比特量子计算机之间的一个主要区别在于,与经典计算机的数字 𝑁 相关的各种事物应该替换为量子计算机的数字 2 𝑁(例如,必须初始化 2 𝑁 量子位,并获得 2 𝑁 位信息作为量子计算机计算的输出)。这种推理原语还导致许多学生错误地认为,在传统计算机上进行计算时,只有 𝑁 种截然不同的状态可用。研究表明,这种推理原语起源于学生学习量子计算机可以为某些问题提供指数优势,例如,用于分解大素数乘积的 Shor 算法,以及计算过程中的量子态可以处于 2 𝑁 线性独立状态的叠加中。教程中的探究式学习序列提供了支架支持,帮助学生发展功能性理解。经过验证的教程的最终版本在物理系提供的两门不同的课程中实施,这两门课程的学生人数略有不同,课程目标也更广泛。在对学生进行传统的基于讲座的必要概念教学后,对学生的理解进行了评估,并在参与本教程后再次进行。我们分析并讨论了它们在本教程中涵盖的概念上的性能改进。引言量子信息科学与工程 (QISE) 是一个令人兴奋的跨学科领域,在量子计算、量子通信和网络以及量子传感方面都有应用,这些应用因多种原因而对科学家和工程师具有吸引力。计算机科学家和工程师正在开发用于各种问题的量子算法,包括
在 Tahan 博士发言之后,美国国家科学基金会数学和物理科学部副助理主任 Tie Luo 博士和美国国家科学基金会教育和人力资源部助理主任 Sylvia Butterfield 博士谈到了建设能力和提供更多教育机会以参与 QIS 的努力。在发言中,美国国家科学基金会讨论了他们最近的征集活动,即扩大量子信息科学和工程能力 (ExpandQISE)。ExpandQISE 的目标是通过五年内高达 500 万美元的资助,帮助新机构开展 QISE 研究和教育活动,特别关注那些一半以上的学生来自科学领域代表性不足的群体的机构。
描述:二十世纪上半叶量子力学的发展彻底改变了我们对物理世界的认识,并带来了现代技术的空前进步。自 1980 年代以来,量子力学被引入信息处理,为通信、传感和计算带来了新范式。第二次量子浪潮的进展推动了业务的快速增长(目前市值超过 10 亿美元,新兴企业市值超过 17 亿美元);例如阿里巴巴、亚马逊、IBM、谷歌和微软已经推出了商业量子计算云服务。基于量子的传感、通信、人工智能等新浪潮即将到来。因此,未来几年,QISE 在量子硬件和算法方面的熟练工程师将拥有巨大的市场。