【計劃大綱】緩步動物在極低溫下假死與量子糾纏
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###### tags: `Readme`
**組員**：施宜岑、 劉漾晴、陳亭諺、楊昀諺
**時間**：2022.2 ~ 2022.6
**科目**：物理 生物 數學 資訊
**關鍵字//** 緩步動物 量子糾纏 量子力學
## 目錄
[TOC]
## **摘要**
於周五自主學習...
## **初學者指南**
對於剛開始研究的主題，我們將從這些項目著手進行！
1. 數學矩陣運算（數學）
2. Qiskit和PennyLane模組應用（資訊）
3. ~~疊加態~~與糾纏態（物理）
4. 緩步動物-水熊蟲假死狀態（生物）
Tardigrade Masquerade
---
```gherkin=
from audioop import mul
import sys
import pennylane as qml
from pennylane import numpy as np
def second_renyi_entropy(rho):
"""計算給定密度矩陣的第二個 Renyi熵。"""
# DO NOT MODIFY anything in this code block
rho_diag_2 = np.diagonal(rho) ** 2.0
return -np.real(np.log(np.sum(rho_diag_2)))
```
> **目標**
>> 計算有和沒有緩步動物存在的電路的第二位元 Renyi 熵。
>
> 1.參數：
>> - theta : 定義狀態 psi_ABT 的角度
>
> 2.回報：
>> - 沒有緩步動物的量子比特 B 的糾纏熵最初出現
>> - 緩步動物所在的量子比特 B 的糾纏熵最初在場
```gherkin=
def compute_entanglement(theta):
dev = qml.device("default.qubit", wires=3)
@qml.qnode(dev)
def mu():
qml.Hadamard(wires=0)
for i in range(0, 2):
qml.CNOT(wires=[i, i+1])
return qml.density_matrix(1)
@qml.qnode(dev)
def rho():
qml.Hadamard(wires=0)
qml.CRY(theta, wires=[0, 1])
qml.CNOT(wires=[1, 2])
qml.CNOT(wires=[0, 1])
qml.PauliX(wires=0)
return qml.density_matrix(1)
return second_renyi_entropy(mu()), second_renyi_entropy(rho())
```
> 以下為編碼挑戰過程中輸入與輸出答案確認的code，待修改成一般化！！！ [name=Pennylane - Qhack Coding Challenge]
```gherkin=
if __name__ == "__main__":
theta = np.array(sys.stdin.read(), dtype=float)
S2_without_tardigrade, S2_with_tardigrade = compute_entanglement(theta)
print(*[S2_without_tardigrade, S2_with_tardigrade], sep=",")
```
> 在此處閲讀更多此編碼挑戰原敘述: [Games: Tardigrade Masquerade [100 points]]()
**項目時間表**
---
```mermaid
gantt
title 進度規劃
axisFormat
section 學習進度
規劃 : crit, done, plan, 03-04, 7d
知識基礎 : 03-11, 20d
資料分享 : milestone, 04-01,1d
文獻探討 : active, 03-25 , 20d
資料整理 : 04-01, 50d
觀點分析 : crit, uxt, 04-08, 20d
程式實作 : 21d
section 成果發表
PPT製作 :05-20, 14d
成果發表 : milestone, 06-03,1d
```
## **參考資料**
> **詳細論文信息請參考：** [超導量子比特和緩步動物之間的糾纏 | 由KS Lee等人於2021.12月發表](http://arxiv.org/abs/2112.07978)
此爲主要研究内容，以這篇文章爲基礎作爲發想並延伸出研究成果，題目新穎具創意但參考資料較少。範圍包含量子物理學與生物物理學。
>[論文講解1](https://www.youtube.com/watch?v=xxIP9tITiwA)
>[論文講解2👍🏻](https://www.youtube.com/watch?v=eWXRU_P2pX4)
> **水熊蟲介紹：**[【震撼】不死之身，地球上最强悍的生物 | 老高與小茉 Mr & Mrs Gao](https://www.youtube.com/watch?v=6_PEGMpewpw)
指路👉 00：00 ~ 09：20。介紹水熊蟲的生活特性以及其與其他生物的不同之處，可以銜接到緩步動物能夠與量子電腦結合的條件和原因。
> **薛丁格的貓：**[「薛丁格的貓」與量子力學 - 賈許‧薩馬尼 | Ted-ed](https://www.youtube.com/watch?v=z1GCnycbMeA)
YouTube動畫講述薛丁格（薛定諤）的貓概念中的叠加態與糾纏態，簡單容易理解但有些地方的描述爲了方便介紹而變得不太準確。
> **量子糾纏：**[用非常簡單的語言解釋量子糾纏 | Science ABC](https://www.youtube.com/watch?v=fkAAbXPEAtU)
同為YT上詳細的完整介紹，當中有運用到一些專有名詞，如果遇到不懂的時候，跳過它並不會影響理解。
> **量子計算機（量子電腦）：**[量子電腦是什麼？ | 國家實驗研究院](https://www.narlabs.org.tw/xcscience/cont?xsmsid=0I148638629329404252&sid=0J183508982724907379&sq=%E9%87%8F%E5%AD%90%E9%9B%BB%E8%85%A6)
介紹量子位元（qubit）與現在電腦使用的古典位元（bit）兩個不同的性質：機率與矩陣特性，以及量子電腦目前的困難（熱擾動）。這三個概念很好的解釋了接下來所需要用到的知識。
> **Qiskit教學：**[完整資源-文檔 | Qiskit](https://qiskit.org/learn/?timeScale=any&learnLevel=All%20resources)
很難！！！可以跳過😖😵😵。内容為非常完整的概念教學+程式應用，有英文和日文兩種語言。
> **PennyLane教學：**[Demos程式演示 | Pennylane](https://pennylane.ai/qml/demonstrations.html)
更難！！！可以跳過😵😖😵。為純英文程式教學，概念的部分有教到QML（量子機器學習），但那不是我們會討論到的範圍。
## **附錄 & FAQ**
:::info
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