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![arXiv:2005.07874v2 [physics.ed-ph] 2020 年 5 月 26 日](/simg/g:\will\search\icon\source\1\175141e37cda04ac2df89d771e249bc886bd99f4.webp)
arXiv:2005.07874v2 [physics.ed-ph] 2020 年 5 月 26 日
过去几年，随着全球产业和政府的巨额投资，量子信息科学与技术 (QIST) 领域得到了巨大的扩展。随着该领域的扩展，对 QIST 的劳动力需求和公众对它的了解也在不断增加，至少是在表面层面上。学生在科普文章中阅读有关量子计算和相关技术的文章，变得好奇并渴望了解更多信息。然而，他们进入这些领域存在障碍，因为他们通常必须学习物理 (或相关领域) 课程，而且即使这样，他们也只能在大四，或者最多大三的时候学习和使用量子力学 (QM) 工具。这是因为，传统上，学生首先要花大量时间学习在位置空间中解薛定谔方程，然后才能看到有限希尔伯特空间问题，例如磁场中的自旋。有些书籍 [1, 2] 从有限希尔伯特空间开始，这使得该主题更容易理解，因为在这种情况下，主要先决条件是线性代数。事实上，人们可以在不上过量子力学课程的情况下学习量子信息，而且有些教科书采用这种方法，例如 Mermin 撰写的关于量子计算的优秀书籍 [3]。参考文献 [4] 介绍了一个量子计算高中模块，它也从有限希尔伯特空间开始，并假设学生具备线性代数知识。然而，后者可能是一个障碍，因为线性代数通常不在标准高中课程中涵盖。一般来说，现有资源要求学生掌握高中所学内容以外的一些高等数学知识，然后他们才能有意义地解决问题并真正理解 QIST。在这里，我们描述了我们两个人（EB、SEE）在 NSF 赞助的 EFRI 项目下开发的一个推广计划。我们的方法部分基于我们中的一位 (TR) 在 2015 年设计的一种简单机器，当时我们被要求在英国的一个 12-14 岁数学夏令营教授一些量子计算课程，后来在 2017 年初在卢旺达非洲数学科学研究所为期一周的系列讲座中对其进行了改进。这些讲座面向具有统计学和数据分析背景的硕士生。该课程的讲义被编入《Q is for Quantum》[5] 一书中，该书让没有任何线性代数（或其他复杂数学）背景的学生能够充分了解量子信息的基础知识并执行简单的计算。该书第一部分的 pdf 副本可在 qisforquantum.org 免费获取。此后，我们将该书及其引入的形式称为 QI4Q。 EB 和 SEE 开发的其余外展计划使用 IBM Quantum (IBM Q) Experience 模拟器和设备，学生可以在其中运行电路并将结果与他们使用 QI4Q 形式进行的纸笔工作进行比较。最后阶段涉及我们其中一人（EB）开发的一款量子游戏，名为“金钱或老虎”。总而言之，外展计划有四个要素：
学术简历 - Hideo Mabuchi
Hideo Mabuchi 课程简介，2024 年 10 月 联系人/个人 https://hideomabuchi.sites.stanford.edu / hmabuchi@stanford.edu 348 Via Pueblo, Stanley, CA 94305 / 650-723-0201 出生日期：1971 年 10 月 18 日（美国公民） 教育背景：1998 年博士毕业加州理工学院物理学学士学位 本科：1992 普林斯顿大学物理学学士学位，优异成绩 学术任命 2023 – 2026 丹宁家族 斯坦福艺术学院院长 2007 – 斯坦福大学应用物理学教授 2010 – 2016 斯坦福大学应用物理学系主任 2001 – 2007 加州理工学院物理学、控制和动力系统副教授 1998 – 1999 普林斯顿大学化学客座研究员 1998 – 2001 加州理工学院助理教授 选定的奖项（研究） 2020 匹兹堡量子研究所杰出讲师（就职） 2012 马里兰大学系统研究所杰出讲师 2006 多伦多大学光学科学研究所杰出访问科学家 2002 加州大学圣塔芭芭拉分校 Mohammed Dahleh 杰出讲师(首届) 2000 – 2005 约翰 D. 和凯瑟琳 T. 麦克阿瑟基金会奖学金 2000 年《发现》杂志评选的未来 20 年值得关注的 20 位科学家 2000 – 2003 年海军研究办公室青年研究员奖 1999 – 2001 年美联社斯隆奖学金 1999 年《技术评论》杂志评选的 100 位顶尖青年创新者 精选受邀演讲 2023 年 OIST 量子机器反馈研讨会，冲绳 2022 年硅谷日本平台年会，半月湾 2022 年 OFC，圣地亚哥 2021 年 SPIE 西部光子学展，旧金山 2019 年量子科学、工程和技术会议（主题演讲），堪培拉 2019 年相干神经网络会议，厚木 2016 年 IEEE 重启计算会议（主题演讲），圣地亚哥 2015 年亚马逊、谷歌、高通技术研讨会2011 美国化学学会秋季会议（单分子生物物理学），丹佛 2011 Ecole de Physique des Houches，六场系列讲座（量子控制） 拓展和协同活动（选定） 小组成员（人文学科的未来），麦克阿瑟研究员论坛 (10/23)；第 8 届 NAE 工程前沿研讨会组委会；小组成员，洛杉矶爱乐乐团的 Upbeat Live！系列 (4/02)；APS 量子信息、概念和计算专题小组首任主席 (05-06)；斯克里普斯学院人文核心课程外部审查委员会 (07-08)；QELS 2010 项目联合主席和 CLEO 2012 总联合主席；量子科学与技术 (IOP) 首届编辑委员会；小组成员，麦克阿瑟基金会和盖蒂博物馆活动“寻求的方式：艺术、科学和精神”（12/16）；小组成员，麦克阿瑟 x BGC“什么是研究？”（11/19）学术服务（斯坦福大学现任）广度治理委员会（担任主席）；负责委员会，现代思想与文学项目；本科生咨询委员会；Making@Stanford 执行委员会；公共艺术委员会
讲座27
演讲号27印度在伦敦的全球化世界蒙特克·S·阿卢瓦利亚·查塔姆之家； 2005年4月20日，我很荣幸受邀参加第27届Jawaharlal Nehru纪念演讲。与本系列讲座中的杰出前辈不同，我从来没有与Jawaharlal Nehru进行个人互动的特权。我四岁，当时印度独立时，他去世时二十岁，所以我们这一代人很少有人能提出这一主张。，但这并不是说我们不认识他。panditji在我们的学校和大学早期时代都比生活更大，而不仅仅是因为他是独立印度的第一位总理，并且与自由运动有着活力的联系。作为独立的第一篇文章，我们认为独立性是理所当然的，对未来更感兴趣，而他比其他任何人都更加鼓舞人心的愿景，即值得印度光荣的过去的未来。我的讲座的主题 - 全球化世界中的印度 - 乍一看可能是贾瓦哈拉尔·尼赫鲁（Jawaharlal Nehru）记忆中的演讲的奇怪选择。我们今天知道的全球化是当贾瓦哈拉尔·尼赫鲁（Jawaharlal Nehru）担任总理时不存在的，甚至可以说它对他的世界观有些陌生。在两次世界大战之间，他在政治上的成长年龄的特征是全球化的重大逆转和世界贸易的缩小，因为主要工业化国家诉诸保护主义以维持家庭就业。尽管如此，我认为自己选择主题是合适的两个原因。这也是一个时期，当市场经济在努力解决其经济问题的同时，自普及苏联似乎正在逐步发展。首先，全球化是当代的现实，向印度和其他发展中国家提出了新的挑战，这些挑战要求新的回应。贾瓦哈拉尔·尼赫鲁（Jawaharlal Nehru）坚定不移地基于基本原则和基本价值观 - 世俗主义，民主，现代化，与社会正义的发展 - 但他并不是由教条与特定工具束缚的人。相反，他认识到印度的未来将带来新的挑战，需要采取新的方法。他确切地说，在印度独立的前夕，在他著名的“命运”演讲中：“过去仍然在某种程度上对我们的亲戚，我们必须做很多事情，然后才能赎回我们经常采取的承诺。然而转折点已经过去了，历史对我们来说是重新开始的，我们将生活和行动的历史以及其他人会写的。”其次，潘迪吉（Panditji）是一位坚定的国际主义者，他认为独立印度必须完全参与世界社区鉴于全球化的现实，我毫不怀疑他会希望印度成为全球化世界的最前沿。作为一个具有深刻科学意识的人，他本来希望我们采用最有可能实现我们经济和社会目标的政策，从相关的其他人的经验中学习。出于所有这些原因，没有比关于印度如何应对全球化所面临的新挑战的讨论更好的方法来纪念他的记忆。理想情况下，我应该在一个全球化的世界中讨论印度，涵盖经济，社会，文化和政治方面，每个方面都受到全球化力量的有力影响，并且所有这些都相互互动。但是，作为一名经济学家，我自然倾向于观察比较优势的定律，因此，我将仅关注讲座中的经济问题，并通过尽可能广泛地处理经济方面来弥补这一狭窄。
![arXiv:2005.07874v3 [physics.ed-ph] 2020 年 8 月 8 日](/simg/g:\will\search\icon\source\9\96aed76ecc41ca9c8f34a2072eb6adcb9e638707.webp)
arXiv:2005.07874v3 [physics.ed-ph] 2020 年 8 月 8 日
过去几年，随着全球产业和政府的巨额投资，量子信息科学与技术 (QIST) 领域得到了巨大的扩展。随着该领域的扩展，对 QIST 的劳动力需求和公众对它的了解也在不断增加，至少是在表面层面上。学生在科普文章中阅读有关量子计算和相关技术的文章，变得好奇并渴望了解更多信息。然而，他们进入这些领域存在障碍，因为他们通常必须学习物理 (或相关领域) 课程，而且即使这样，他们也只能在高三，最好是高三才能学习和使用量子力学 (QM) 的完整数学机制。这是因为，传统上，学生首先要花大量时间学习在位置空间中解薛定谔方程，然后才能看到有限希尔伯特空间问题，例如磁场中的自旋。有些书籍 [1–4] 从有限希尔伯特空间开始，这样更容易理解，因为在这种情况下，主要的先决条件是线性代数。事实上，人们可以在没有上过 QM 课程的情况下学习量子信息，而且有些教科书也采用这种方法，例如 Mermin 撰写的关于量子计算的优秀书籍 [5]。参考文献 [6–9] 介绍了量子计算高中模块，这些模块也是从有限希尔伯特空间开始，并且假设学生具备线性代数知识或在模块开始时快速介绍线性代数。但这可能是一个障碍，因为线性代数通常不包含在标准高中课程中（至少在美国不包含）。一个雄心勃勃的基于多媒体的 MOOC 已经开发出来，用于向非科学家教授 QM [10]。然而，这仍然需要学生投入大约一个月的时间来完成课程。一般来说，现有资源要么需要一些高中以外的高等数学知识，要么需要投入大量时间（数周）才能有意义地解决问题并真正了解 QIST。这可能会限制 QIST 外展活动的范围和受众，这些活动旨在吸引年轻学生进入 STEM 领域并提高普通公众的科学素养。在这里，我们描述了我们两个人（EB、SEE）在 NSF 赞助的 EFRI 项目下开发的一个外展计划。我们的方法部分基于我们中的一个人（TR）在 2015 年设计的一种简单机制，当时他被要求在英国一个针对 12-14 岁学生的数学营教授一些量子计算课程，后来在 2017 年初在卢旺达非洲数学科学研究所举办的为期一周的系列讲座中进行了改进。这些讲座是针对具有统计和数据分析背景的硕士生。这门课程的讲稿被编成了《Q 代表量子》一书 [11]。这使得没有任何线性代数（或其他复杂数学）背景的学生能够充分了解量子信息的基础知识并执行简单的计算。本书第一部分的 pdf 副本可在 qisforquantum.org 免费获取。从今以后，我们将本书及其介绍的形式称为 QI4Q。EB 和 SEE 开发的其余推广计划使用 IBM Quantum (IBM Q) Experience 模拟器和设备，学生在其中运行电路并将结果与他们使用 QI4Q 形式进行的纸笔工作进行比较。最后阶段涉及我们其中一人（EB）开发的一款名为“Money or Tiger”的量子游戏。总而言之，推广计划有四个要素：