UMass教授联合开发教育玩具，助力学生无需多年数学积累即可掌握量子计算

量子计算可能是一个复杂的研究领域。“计算机的构建模块，尤其是像量子计算机这样的未来机器，往往不是特别直观，”马萨诸塞大学阿默斯特分校 (UMass Amherst) 曼宁信息与计算机科学学院助理教授 Stefan Krastanov 说道。

“理解线性代数、概率论和量子力学对于掌握自然规律并创造这些技术是必要的，”他继续说道，“但这种理解——学习数学语言——需要花费大量时间。”

为了帮助启动量子计算的学习过程，并使其更有趣，Krastanov 和代尔夫特理工大学教授 Carlos Errando Herranz 共同创造了 Qbead。

Krastanov 解释说，Qbead “是一个发光的小球，旨在模拟量子位 (a qubit) 的行为，其规模可供儿童参与其中。”

虽然传统计算机使用二进制位处理信息，但量子计算机使用利用量子力学定律的量子位。标准的二进制位可以以 1 或 0 的形式存在；量子位可以是 1、0 或两者的结合。使用量子位可以使量子计算机比传统计算机更高效。

Krastanov 表示，这款玩具提供了一种亲身体验复杂量子过程的方式，例如量子态隐形传态或量子密钥分发，而不需要多年的数学学习或昂贵的数百万美元实验。它并不完全等同于操作真实的量子位——毕竟它是一个玩具，因此它只是模拟量子力学效应。但正是这种模拟使其对学习非常有用。
 

Qbead 由锂聚合物电池供电，并封装在定制的 3D 打印外壳中，包括一个装载电路板和电池的内壳，以及一个保护设备的透明外壳。硬件包括一个 USB 端口、蓝牙、一个惯性测量单元以及一个带有微处理器的 Seeed XIAO nRF52840 Sense Arduino 板。Qbead 网站提供 qubit lessons（量子位课程）以指导学生学习。

虽然它可能是一个玩具，但 Qbead 与 Krastanov 在马萨诸塞大学作为 NSF Center for Quantum Networks（NSF 量子网络中心）一部分进行的研究直接相关。“我们的许多研究工作都是建立在我们通过 Qbead 教授的更简单的概念之上的，”他说。

遗憾的是，Qbead 目前还未面向消费者出售，但希望有一天能够实现。“我们计划将其用于博物馆装置、亲身参与的推广活动以及课堂讲座，无论是 K-12 还是大学或研究生院，”Krastanov 说道。