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美国哥伦比亚大学新课程增加量子计算实践培训

来源:哥伦比亚大学官网  作者:Amy国王  时间:2022-08-11 18:34:26


 “我对量子计算很感兴趣,但这是一门很难的学科,”与塞巴斯蒂安·威尔一起工作的博士生亚丁·林(Aden Lam)说。“现有的很多材料都是针对具有计算机科学背景的人的。”


威尔有一个新的课程,他希望能改变这一点。去年夏天,量子模拟和计算实验室(PHYS UN3084)正式加入哥伦比亚大学的课程。本学期开始了第一个完整的课程,威尔希望这门课能在每个春季学期开设。


该课程为高年级本科生提供了学习量子计算和量子器件实验的机会。威尔说:“我们教学生基本知识,也让他们编写量子算法,实际创造自己的东西。”


这门课的前半部分侧重于量子计算的理论基础,这是一门仍在发展的学科。讲座以最近的研究论文为基础,介绍了量子力学的基础知识,如何编写量子算法,以及最新的硬件。“没有教科书,也没有答案,”与安娜·阿森佐-加西亚一起工作的博士生、教学助理(助教)约瑟夫·李说。“我们经常和学生们一起学习,”他说。


助教们帮助学生解决理论问题,并编写自己的算法,这些算法可以在量子设备上实现。


“这一切都是为了降低进入门槛,”威尔说。“我们不希望学生们被量子计算的复杂性吓倒。


下半学期是基于项目的。库迪诺尔说:“你可以探索讲座中涉及的主题,这些主题反映了真实的研究,然后尝试超越它们。”“这是课程中我最喜欢的部分。”


学生们配对使用两种量子计算设备中的一种:Pupin大厅的一个被称为QuTools的纠缠光子系统,或者通过Qiskit使用IBM的一台量子计算机。在学期结束时,学生们展示他们的项目并写下他们的成果,同时也提供科学出版方面的培训。


威尔选择这些系统作为学生学习量子硬件和软件的可访问选项。QuTools使用纠缠光子对来表示量子比特,是一个实验平台,而IBM的量子计算机使用由超导材料制成的量子比特,让学生们可以使用量子算法。


在试验期间,Zhang将纠缠光子用于名为量子密钥分配的安全方案。她说:“这是真正的硬件,你必须手动完成所有的事情,比如校准激光和解释所有的测量结果。”


Qiskit是一个可以通过不同编程语言访问的软件包,包括Python,它允许学生编写算法,在IBM的量子计算机上为他们的项目执行计算。作为一名试点课程的学生,Kudinoor使用Qiskit开发了一个多量子比特的量子隐形传态方案,这是一种跨设备传输信息的技术。


学生们被告知要在项目上冒险,失败也没关系。“这让很多人感到害怕,”Lam说。“但它就像真正的研究:有时你会得到令人兴奋的新结果,有时你什么也证明不了。这不是浪费时间——你只是发现了一些行不通的东西。”


“我们根据创造力和努力程度来评分——告诉我们你尝试过什么,如果没有成功,假设为什么没有成功,”Lam说。


在课程期间,学生还参加了一个行业研讨会系列。今年春天,哥伦比亚大学邀请了来自IBM、彭博社(Bloomberg)以及QuEra和quantum这两家量子创业公司的演讲者,他们讨论了各自使用的不同量子硬件,以及他们在量子计算领域的目标。威尔说:“我们想向学生们展示当前方法的力量和局限性。”“还有很多悬而未决的问题,学术和行业研究人员仍在研究。”


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新闻来源:https://quantum.columbia.edu/news/new-course-offers-hands-training-quantum-computing


撰稿:Amy国王


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