論文の概要: Visualization enhances Problem Solving in Multi-Qubit Systems: An Eye-Tracking Study

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2505.21508v1
• Date: Tue, 13 May 2025 15:30:28 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-06-01 23:16:01.467666
• Title: Visualization enhances Problem Solving in Multi-Qubit Systems: An Eye-Tracking Study
• Title（参考訳）: ビジュアライゼーションはマルチキュービットシステムにおける問題解決を促進する:Eye-Tracking Study
• Authors: Jonas Bley, Eva Rexigel, Alda Arias, Lars Krupp, Nikolas Longen, Paul Lukowicz, Stefan Küchemann, Jochen Kuhn, Maximilian Kiefer-Emmanouilidis, Artur Widera,
• Abstract要約: 本稿では,数式記号 Dirac Notation (DN) に加えて,マルチキュービットシステムの可視化が,ユビキタスなアダマールゲート操作において,性能,外因性認知負荷 (ECL) ,内因性認知負荷 (ICL) の両面での問題解決に有効であることを示す。 量子物理学の経験の少ない参加者に対して,可視化が性能を高め,認知負荷を低減することを発見した。 さらに、表現能力は、可視化によるECLの削減を予測できるが、性能やICLは予測できない。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.9441907817816357
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/
• Abstract: Quantum Information Science (QIS) is a vast, diverse, and abstract field. In consequence, learners face many challenges. Science, Technology, Engineering, and Mathematics (STEM) education research has found that visualizations are valuable to aid learners in complex matters. The conditions under which visualizations pose benefits are largely unexplored in QIS education. In this eye-tracking study, we examine the conditions under which the visualization of multi-qubit systems in addition to the mathematical symbolic Dirac Notation (DN) is associated with a benefit for solving problems on the ubiquitously used Hadamard gate operation in terms of performance, Extraneous Cognitive Load (ECL) and Intrinsic Cognitive Load (ICL). We find that visualization increases performance and reduces cognitive load for participants with little experience in quantum physics. In addition, representational competence is able to predict reductions in ECL with visualization, but not performance or ICL. Analysis of the eye-tracking results indicates that problem solvers with more transitions between DN and visualization benefit less from it. We discuss the generalizability of the results and practical implications.
• Abstract（参考訳）: 量子情報科学(QIS)は、多様で抽象的な分野である。 その結果、学習者は多くの課題に直面している。 理科、技術、工学、数学(STEM)の教育研究により、可視化は複雑な問題において学習者を助けるのに有用であることが判明した。 ビジュアライゼーションがメリットをもたらす条件は、QIS教育においてほとんど解明されていない。 本研究は,数式記号 Dirac Notation (DN) に加えて,マルチキュービットシステムの可視化が,ユビキタスなアダマールゲート操作において,性能,外部認知負荷 (ECL) および固有認知負荷 (ICL) の問題を解くための利点と関連する条件について検討する。 量子物理学の経験の少ない参加者に対して,可視化が性能を高め,認知負荷を低減することを発見した。 さらに、表現能力は、可視化によるECLの削減を予測できるが、性能やICLは予測できない。 視線追跡結果の分析は、DNと可視化の間の遷移がより少ない問題解決器の利点が低いことを示している。 結果の一般化可能性と実際的含意について論じる。

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