論文の概要: Making the quantum world accessible to young learners through Quantum Picturalism: An experimental study

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2504.01013v1
• Date: Tue, 01 Apr 2025 17:54:35 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-04-03 13:18:55.017179
• Title: Making the quantum world accessible to young learners through Quantum Picturalism: An experimental study
• Title（参考訳）: 量子ピクトラリズムによる若手学習者への量子世界の利用 : 実験的検討
• Authors: Selma Dündar-Coecke, Caterina Puca, Lia Yeh, Muhammad Hamza Waseem, Emmanuel M. Pothos, Thomas Cervoni, Sieglinde M. -L. Pfaendler, Vincent Wang-Maścianica, Peter Sigrist, Ferdi Tomassini, Vincent Anandraj, Ilyas Khan, Stefano Gogioso, Aleks Kissinger, Bob Coecke,
• Abstract要約: 量子ピクチュラリズム(Quantum Picturalism, QPic)は、全ての量子力学の完全な図式形式である。 このフレームワークは、絡み合い、測定、混合状態量子力学といった重要な概念を教える新しい方法として、若い学習者にとって特に有利である。 その重要性は、量子情報科学(QIST)のような複雑な分野を高校レベルで導入できることにある。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.6182707174582793
• License:
• Abstract: The educational value of a fully diagrammatic approach in a scientific field has never been explored. We present Quantum Picturalism (QPic), an entirely diagrammatic formalism for all of qubit quantum mechanics. This framework is particularly advantageous for young learners as a novel way to teach key concepts such as entanglement, measurement, and mixed-state quantum mechanics in a math-intensive subject. This eliminates traditional obstacles without compromising mathematical correctness - removing the need for matrices, vectors, tensors, complex numbers, and trigonometry as prerequisites to learning. Its significance lies in that a field as complex as Quantum Information Science and Technology (QIST), for which educational opportunities are typically exclusive to the university level and higher, can be introduced at high school level. In this study, we tested this hypothesis, examining whether QPic reduces cognitive load by lowering complex mathematical barriers while enhancing mental computation and conceptual understanding. The data was collected from an experiment conducted in 2023, whereby 54 high school students (aged 16-18) underwent 16 hours of training spread over eight weeks. The post-assessments illustrated promising outcomes in all three specific areas of focus: (1) whether QPic can alleviate technical barriers in learning QIST, (2) ensures that the content and teaching method are age appropriate, (3) increases confidence and motivation in science and STEM fields. There was a notable success rate in terms of teaching outcomes, with 82% of participants successfully passing an end-of-training exam and 48% achieving a distinction, indicating a high level of performance. The unique testing and training regime effectively reduced the technical barriers typically associated with traditional approaches, as hypothesized.
• Abstract（参考訳）: 科学分野における完全な図式的アプローチの教育的価値は、これまで調査されていない。 量子ピクチュラリズム(Quantum Picturalism, QPic)は、全ての量子力学の完全な図式形式である。 このフレームワークは、数学集約的な主題において、絡み合い、測定、混合状態量子力学といった重要な概念を教える新しい方法として、若い学習者にとって特に有利である。 行列、ベクトル、テンソル、複素数、三角法を学習の前提条件として取り除く。 その重要性は、量子情報科学(QIST)のような複雑な分野が、通常大学レベル以上の教育機会を高校レベルで導入できる点にある。 本研究では、QPicが複雑な数学的障壁を低くし、心的計算と概念的理解を高めて認知負荷を軽減するかどうかを検証した。 データは2023年に行われた実験から収集され、54人の高校生(16～18歳)が8週間にわたって16時間トレーニングを行った。 1)QPicがQIST学習の技術的障壁を緩和できるかどうか,(2)コンテンツと指導方法が適切であること,(3)科学とSTEM分野における自信とモチベーションを高めること,である。 82%の参加者が終身試験に合格し,48%が成績の高い成績を示した。 ユニークなテストとトレーニングの体制は、仮定したように、従来のアプローチに典型的な技術的障壁を効果的に減らした。

関連論文リスト

• Separable Power of Classical and Quantum Learning Protocols Through the Lens of No-Free-Lunch Theorem [70.42372213666553]
  No-Free-Lunch(NFL)定理は、最適化プロセスに関係なく問題とデータ非依存の一般化誤差を定量化する。 我々は、様々な量子学習アルゴリズムを、特定の観測可能条件下で量子力学を学習するために設計された3つの学習プロトコルに分類する。 得られたNFL定理は, CLC-LP, ReQu-LP, Qu-LPにまたがるサンプルの複雑性を2次的に低減することを示した。 この性能差は、非直交量子状態のグローバル位相に関する情報を間接的に活用するために、量子関連学習プロトコルのユニークな能力に起因している。
  論文  参考訳（メタデータ） (2024-05-12T09:05:13Z)
• Atomic Quantum Technologies for Quantum Matter and Fundamental Physics Applications [0.0]
  物理学は科学の様々な分野において、前例のない異種交配の時代を生きている。 我々は,超低温原子量子技術が基礎科学や応用科学において持つ多様体の影響について論じる。 我々は、原子技術を用いたテーブルトップ実験のエンジニアリングがどのように応用を図っているかを説明する。
  論文  参考訳（メタデータ） (2024-05-10T16:52:20Z)
• Quantum Picturalism: Learning Quantum Theory in High School [0.3764231189632788]
  量子理論は、しばしば学び、教えることが難しいと見なされる。 本稿では,量子論と計算の基本的な概念を教える新しいアプローチとして,量子ピクトラリズム(Quantum Picturalism)を提案する。
  論文  参考訳（メタデータ） (2023-12-06T18:16:12Z)
• Quantum algorithms: A survey of applications and end-to-end complexities [90.05272647148196]
  期待されている量子コンピュータの応用は、科学と産業にまたがる。 本稿では,量子アルゴリズムの応用分野について検討する。 私たちは、各領域における課題と機会を"エンドツーエンド"な方法で概説します。
  論文  参考訳（メタデータ） (2023-10-04T17:53:55Z)
• Quantum data learning for quantum simulations in high-energy physics [55.41644538483948]
  本研究では,高エネルギー物理における量子データ学習の実践的問題への適用性について検討する。 我々は、量子畳み込みニューラルネットワークに基づくアンサッツを用いて、基底状態の量子位相を認識できることを数値的に示す。 これらのベンチマークで示された非自明な学習特性の観察は、高エネルギー物理学における量子データ学習アーキテクチャのさらなる探求の動機となる。
  論文  参考訳（メタデータ） (2023-06-29T18:00:01Z)
• Simple Tests of Quantumness Also Certify Qubits [69.96668065491183]
  量子性の検定は、古典的検証者が証明者が古典的でないことを(のみ)証明できるプロトコルである。 我々は、あるテンプレートに従う量子性のテストを行い、(Kalai et al., 2022)のような最近の提案を捉えた。 すなわち、同じプロトコルは、証明可能なランダム性や古典的な量子計算のデリゲートといったアプリケーションの中心にあるビルディングブロックであるqubitの認定に使用できる。
  論文  参考訳（メタデータ） (2023-03-02T14:18:17Z)
• Quantum Machine Learning: from physics to software engineering [58.720142291102135]
  古典的な機械学習アプローチが量子コンピュータの設備改善にどのように役立つかを示す。 量子アルゴリズムと量子コンピュータは、古典的な機械学習タスクを解くのにどのように役立つかについて議論する。
  論文  参考訳（メタデータ） (2023-01-04T23:37:45Z)
• Endless Fun in high dimensions -- A Quantum Card Game [0.0]
  本稿では,量子コンピュータのビルディングブロックを体験できる戦略カードゲームを提案する。 プレイ中、参加者は最低の量子状態から始まり、カードをプレイして量子コンピュータを「プログラム」し、可能な限り高い量子状態を達成することを目指す。 高次元の量子状態、すなわち2つ以上の可能な値を取ることができるシステムを含めることで、ゲームはプレイヤーが複雑な量子状態の操作を理解するのに役立つ。
  論文  参考訳（メタデータ） (2021-07-26T07:52:13Z)
• On exploring the potential of quantum auto-encoder for learning quantum systems [60.909817434753315]
  そこで我々は,古典的な3つのハードラーニング問題に対処するために,QAEに基づく効果的な3つの学習プロトコルを考案した。 私たちの研究は、ハード量子物理学と量子情報処理タスクを達成するための高度な量子学習アルゴリズムの開発に新たな光を当てています。
  論文  参考訳（メタデータ） (2021-06-29T14:01:40Z)
• Teaching quantum information science to high-school and early undergraduate students [0.0]
  このプログラムにより、学生は量子回路とアルゴリズムを使って有意義なハンズオン計算を行うことができる。 ペンと紙のエクササイズとIBM Qシミュレーションを組み合わせることで、学生は量子ゲートと回路の構造を理解することができる。
  論文  参考訳（メタデータ） (2020-05-16T05:16:23Z)
• The challenge and opportunities of quantum literacy for future education and transdisciplinary problem-solving [1.1470070927586016]
  量子リテラシーは、高度に制限された分野において、学習とスキル獲得の課題に対処する、と我々は主張する。 本稿では、量子計算に関してこれらの教育的な目的を達成するための、特定のパズル可視化学習ツールを紹介する。
  論文  参考訳（メタデータ） (2020-04-14T16:02:56Z)

関連論文リストは本サイト内にある論文のタイトル・アブストラクトから自動的に作成しています。

指定された論文の情報です。
本サイトの運営者は本サイト（すべての情報・翻訳含む）の品質を保証せず、本サイト（すべての情報・翻訳含む）を使用して発生したあらゆる結果について一切の責任を負いません。