論文の概要: Project-Based Learning in Introductory Quantum Computing Courses: A Case Study on Quantum Algorithms for Medical Imaging

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2508.21321v1
• Date: Fri, 29 Aug 2025 04:24:26 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-09-01 19:45:10.923983
• Title: Project-Based Learning in Introductory Quantum Computing Courses: A Case Study on Quantum Algorithms for Medical Imaging
• Title（参考訳）: 量子コンピューティング入門科目におけるプロジェクトベースラーニング:医用イメージングのための量子アルゴリズムを事例として
• Authors: Nischal Binod Gautam, Keith Evan Schubert, Enrique P. Blair,
• Abstract要約: 本稿では,そのギャップを埋めるためにプロジェクトベースラーニングをどのように活用できるかを示す。 これは、量子コンピューティングと関心分野を組み合わせた現実世界の学際的なタスクに学生を参加させることによって実現される。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Quantum computing introduces abstract concepts and non-intuitive behaviors that can be challenging for students to grasp through traditional lecture-based instruction alone. This paper demonstrates how Project-Based Learning (PBL) can be leveraged to bridge that gap. This can be done by engaging students in a real-world, interdisciplinary task that combines quantum computing with their field of interest. As part of a similar assignment, we investigated the application of the Harrow-Hassidim-Lloyd (HHL) algorithm for computed tomography (CT) image reconstruction and benchmarked its performance against the classical Algebraic Reconstruction Technique (ART). Through implementing and analyzing both methods on a small-scale problem, we gained practical experience with quantum algorithms, critically evaluated their limitations, and developed technical writing and research skills. The experience demonstrated that Project-Based Learning not only enhances conceptual understanding but also encourages students to engage deeply with emerging technologies through research, implementation, and reflection. We recommend the integration of similar PBL modules in introductory quantum computing courses. The assignment also works better if students are required to write and submit a conference-style paper, supported by mentorship from faculty across the different fields. In such course interdisciplinary, real-world problems can transform abstract theory into meaningful learning experiences and better prepare students for future advancements in quantum technologies.
• Abstract（参考訳）: 量子コンピューティングは抽象概念と非直観的行動を導入し、学生が従来の講義ベースの授業だけで理解することが困難になる。 本稿ではプロジェクトベースラーニング(PBL)がいかにしてそのギャップを埋めるかを示す。 これは、量子コンピューティングと関心分野を組み合わせた現実世界の学際的なタスクに学生を参加させることによって実現される。 同様の課題の一環として,CT画像再構成におけるHHLアルゴリズムの適用について検討し,古典的代数的再構成技術(ART)との比較を行った。 両手法を小規模な問題に実装・解析することで,量子アルゴリズムを実践的に経験し,その限界を批判的に評価し,技術的記述と研究のスキルを発達させた。 この経験は、プロジェクトベースラーニングが概念的理解を高めるだけでなく、研究、実装、リフレクションを通じて新しい技術に深く関わることを学生に促すことを示した。 我々は、量子コンピューティング入門コースにおける類似のPBLモジュールの統合を推奨する。 この課題は、学生が様々な分野の教官の指導によって支援された会議スタイルの論文を書いて提出する必要がある場合にも有効である。 このコースでは、現実世界の問題は抽象理論を意味のある学習体験に転換し、量子技術の将来の進歩のために学生をより良く準備することができる。

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